جهت یابی سیگنال¬های پهن باند در سیستم های مخابراتی

پایان نامه کارشناسی ارشد
موضوع:
جهت یابی سیگنالهای پهن باند در سیستم های مخابراتی
DOA Estimation For Wideband Signals In Communication Sys–s
توسط:
روزبه خلیلی
استاد راهنما:
دکتر مهرزاد بیغش
دکتر عباس شیخی
اساتید مشاور:
دکتر محمود کریمی
دکتر مصطفی درختیان

سپاسگزاری
در اینجا برخود لازم می‌دانم که از کلیه افرادی که به نحوی مرا در انجام این پایان نامه یاری رساندند، تشکر و قدردانی نمایم. به خصوص اساتید گرامی، جناب آقای دکتر بیغش دکتر شیخی و دکتر درختیان و دکتر کریمی که در تمامی مراحل انجام این پروژه به اینجانب یاری رساندند و در نهایت تمامی دوستانی که در طول انجام این پایان نامه همراه و راهنمای من بوده‌اند، سپاسگزاری می‌کنم.

تقدیم به:

فهرست مطالب
عنوان صفحه
TOC o “1-3” h z u چکیده PAGEREF _Toc367954319 h 1مقدمه PAGEREF _Toc367954320 h 2
فصل اول : اصول انتشار امواج1-1- مقدمه PAGEREF _Toc367954323 h 41-2- انتشار امواج PAGEREF _Toc367954324 h 41-3-سنسورهای آرایه ای PAGEREF _Toc367954326 h 61-4- پردازش سیگنال آرایه خطی PAGEREF _Toc367954327 h 71-4-1- فرضیات پایه PAGEREF _Toc367954328 h 71-4-1-1- میدان دور PAGEREF _Toc367954329 h 71-4-1-2- سیگنال باند باریک PAGEREF _Toc367954330 h 71-4-1-3- ایستائی PAGEREF _Toc367954331 h 81-4-1-4- سیگنال های چندگانه PAGEREF _Toc367954332 h 81-4-1-5- نویز (Noise) PAGEREF _Toc367954333 h 81-5- تبدیل مکان – زمان PAGEREF _Toc367954334 h 91-6- سیگنال های تصادفی PAGEREF _Toc367954335 h 10فصل دوم: روش های پردازش سیگنال های باند باریک2-1-مقدمه PAGEREF _Toc367954341 h 152-2-روش های مبتنی بر پایه طیف PAGEREF _Toc367954342 h 152-3-روش های شکل دهی پرتو PAGEREF _Toc367954343 h 152-3-1-روش شکل دهی پرتو متعارف PAGEREF _Toc367954344 h 152-3-2- روش کاپون PAGEREF _Toc367954345 h 172-3-3- روش های مبتنی بر زیر فضا PAGEREF _Toc367954346 h 192-3-4-معرفی روش MUSIC PAGEREF _Toc367954347 h 202-3-5- الگوریتم MUSIC PAGEREF _Toc367954348 h 212-3-6- معرفی روش ESPIRIT PAGEREF _Toc367954349 h 232-3-7-مدل داده ها PAGEREF _Toc367954354 h 252-3-8- الگوریتم ESPIRIT PAGEREF _Toc367954355 h 282-4-آنتن های آرایه ای PAGEREF _Toc367954358 h 312-5- مدل سیگنال PAGEREF _Toc367954361 h 352-6- ماتریس کوواریانس PAGEREF _Toc367954362 h 36فصل سوم: جهت یابی سیگنال های پهن باند3-1- مقدمه PAGEREF _Toc367954366 h 393-2- معرفی سیگنال های باند پهن PAGEREF _Toc367954367 h 393-3- معرفی تکنیک های مختلف جهت یابی سیگنال های باند پهن PAGEREF _Toc367954368 h 413-3-1- مدلسازی داده های باند پهن PAGEREF _Toc367954369 h 413-3-2- معرفی اجمالی روش های جهت یابی سیگنال های باند پهن با استفاده از بانک فیلتر PAGEREF _Toc367954370 h 423-3-3- مدل فرکانسی سیگنال باند پهن PAGEREF _Toc367954371 h 443-3-4- الگوریتم های مختلف جهت یابی سیگنال های پهن باند PAGEREF _Toc367954374 h 473-3-5- روش های جهت یابی ناهمبسته PAGEREF _Toc367954375 h 473-3-6- روش های ناهمبسته فرکانسی PAGEREF _Toc367954376 h 483-3-7- فرم دهنده بیم به روش کاپون PAGEREF _Toc367954377 h 483-3-8- میانگین گیری حسابی PAGEREF _Toc367954380 h 513-3-9- روش میانگین گیری هندسی PAGEREF _Toc367954381 h 523-3-10- روش میانگین گیری هارمونیک PAGEREF _Toc367954382 h 533-3-11- الگوریتم موزیک پهن باند PAGEREF _Toc367954383 h 533-3-12- الگوریتم وزن دهی مناسب زیرفضاها PAGEREF _Toc367954384 h 553-3-13- محاسبه تخمین به روش WSF PAGEREF _Toc367954385 h 583-3-14- ملاحظات عملی در روش WSF PAGEREF _Toc367954386 h 603-3-15- روش های جهت یابی همبسته زیرفضایی(CSSM) PAGEREF _Toc367954388 h 623-3-16- روش ماتریس تمرکز قطری PAGEREF _Toc367954389 h 623-3-17- روش زیرفضای چرخشی سیگنال PAGEREF _Toc367954391 h 643-3-18- استفاده از ماتریس کانونی در روش WSF PAGEREF _Toc367954392 h 663-3-19– روش وزن دهی متوسط به زیر فضاهای سیگنال(WAVES) PAGEREF _Toc367954393 h 67فصل چهارم:‌الگوریتم TOPS4-1- مقدمه PAGEREF _Toc367954397 h 704-2- مفاهیم پایه PAGEREF _Toc367954398 h 704-3- ارائه یک مدل ریاضی PAGEREF _Toc367954399 h 714-4- توسعه الگوریتم TOPS به فضای چند بعدی PAGEREF _Toc367954400 h 764-5- تصویر در راستای زیرفضای سیگنال PAGEREF _Toc367954401 h 784-6- الگوریتم محاسبه PAGEREF _Toc367954402 h 804-6-1- پیچیدگی محاسبات PAGEREF _Toc367954403 h 81فصل پنجم:‌شبیه سازی الگوریتم های تخمین DOAبرای آرایه های خطی PAGEREF _Toc367954406 h 835-1- مقدمه PAGEREF _Toc367954408 h 845-2- الگوریتم های تخمین DOA PAGEREF _Toc367954409 h 845-2-1- معرفی اجمالی الگوریتم های به کار رفته در شبیه سازی PAGEREF _Toc367954410 h 845-2-1-1- بررسی الگوریتم MUSIC و Capon PAGEREF _Toc367954411 h 855-2-1-2- الگوریتم همبستگی زیرفضای سیگنال(CSSM) PAGEREF _Toc367954412 h 865-2-1-3- ماتریس زیرفضای کانونی سیگنال (SSF) PAGEREF _Toc367954413 h 885-2-1-3-1- الگوریتم محاسبه روش SSF PAGEREF _Toc367954414 h 895-2-1-3-2-نکات مهم در محاسبه تخمین به روش SSF PAGEREF _Toc367954415 h 905-3- مدل سازی داده ها PAGEREF _Toc367954416 h 915-3-1- خصوصیات منبع سیگنال ارسالی PAGEREF _Toc367954417 h 915-3-2- مفروضات داده های دریافتی توسط آرایه آنتن PAGEREF _Toc367954418 h 925-4- سناریوهای شبیه سازی شده PAGEREF _Toc367954420 h 925-4-1- سناریوی شماره 1 PAGEREF _Toc367954421 h 92فصل ششم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات
6-1- نتیجه‌گیری122
6-2- پیشنهادات 123
مراجع PAGEREF _Toc367954470 h 121

فهرست جداول
عنوان صفحه
TOC o “1-3” h z u
جدول شماره (5-1)– مبنای شبیه سازی PAGEREF _Toc367954419 h 92جدول شماره (5-2) – خلاصه اطلاعات شبیه سازی در سناریوی اول PAGEREF _Toc367954422 h 93

فهرست تصاویر
عنوان صفحه
TOC o “1-3” h z u
شکل 1-1- مختصات کروی PAGEREF _Toc367954325 h 6شکل 1- 4- پردازش سیگنال در آرایه ای ازآنتن ها شامل p آنتن PAGEREF _Toc367954337 h 13شکل 2-1- هندسه آرایه ESPIRIT PAGEREF _Toc367954352 h 24شکل 2-2- نمایش آرایه ها برای الگوریتم ESPIRIT PAGEREF _Toc367954353 h 25شکل 2-3- الگوریتم ESPIRIT استاندارد با دو زیر آرایه غیر هم پوش و هرکدام شامل M2 سنسور PAGEREF _Toc367954356 h 29شکل 2-4- الگوریتم ESPIRIT استاندارد با دو زیر آرایه با هم پوشانی حداکثر و هرکدام شامل M-1 سنسور PAGEREF _Toc367954357 h 29شکل 2-5- آرایه خطی PAGEREF _Toc367954359 h 32شکل 2-6- نمونه برداری فضایی از سیگنال ارسالی توسط آرایه خطی از آنتن ها PAGEREF _Toc367954360 h 33شکل 3-1- الف – آرایه خطی PAGEREF _Toc367954372 h 45شکل 3-1- ب آرایه دایره ای PAGEREF _Toc367954373 h 46شکل 3-2- الگوی پرتودهی در روش کاپون به ازای منبع ارسالی 0db در بین فرکانسی 150 هرتز و دریافتی توسط آرایه ای از 20 سنسور PAGEREF _Toc367954378 h 49شکل 3-3- ضرب اسکالر بردار هدایت در بردار ویژه umfj PAGEREF _Toc367954379 h 50شکل (5- 1) – خروجی الگوریتم MUSIC در SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954423 h 94شکل (5- 2) – خروجی الگوریتم SSF در SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954424 h 94شکل (5-3 ) – خروجی الگوریتم WAVES در SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954425 h 95شکل (5- 4) – خروجی الگوریتم Capon Arithmetic در SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954426 h 96شکل (5- 5) – خروجی الگوریتم Capon Harmonic در SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954427 h 97شکل (5- 6) – خروجی الگوریتم Capon Geometric در SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954428 h 97شکل (5- 7) – خروجی الگوریتم MUSIC در SNR=10db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954429 h 98شکل (5- 8) – خروجی الگوریتم SSF در SNR=10db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954430 h 98شکل (5- 9) – خروجی الگوریتم WAVES در SNR=10db و زوایای θ=10 و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954431 h 99شکل (5- 10) – خروجی الگوریتمCapon Arithmetic در SNR=10db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954432 h 99شکل (5- 11) – خروجی الگوریتمCapon Harmonic در SNR=10db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954433 h 100شکل (5- 12) – خروجی الگوریتمCapon Geometric در SNR=10db و زوایای θ=10و 30 و 35 و 65 PAGEREF _Toc367954434 h 100شکل (5- 13) – خروجی الگوریتم MUSICدر SNR=2db و زوایای θ=10 و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954435 h 101شکل (5- 14) – خروجی الگوریتم SSFدر SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954436 h 101شکل (5- 15) – خروجی الگوریتم WAVESدر SNR=2db و زوایای θ=10 و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954437 h 102شکل (5- 16) – خروجی الگوریتم Capon Arithmeticدر SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954438 h 102شکل (5- 17) – خروجی الگوریتم Capon Harmonic SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954439 h 103شکل (5- 18) – خروجی الگوریتم Capon Geometric SNR=2db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954440 h 103شکل (5- 19) – خروجی الگوریتم MUSIC برای SNR=5db و زوایای θ=10 و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954441 h 104شکل (5- 20) – خروجی الگوریتم WAVES برای SNR=5db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954442 h 104شکل (5- 21) – خروجی الگوریتم Capon Arithmetic برای SNR=5db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954443 h 105شکل (5- 22) – خروجی الگوریتم Capon Harmonic برای SNR=5db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954444 h 105شکل (5- 23) – خروجی الگوریتم Capon Geometric برای SNR=5db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954446 h 106شکل (5- 24) – خروجی الگوریتم MUSIC برای SNR=20db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954448 h 106شکل (5- 25) – خروجی الگوریتم SSF برای SNR=20db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954450 h 107شکل (5- 26) – خروجی الگوریتم WAVES برای SNR=20db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954451 h 107شکل (5- 27) – خروجی الگوریتم Capon Arthimetic برای SNR=20db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954452 h 108شکل (5- 28) – خروجی الگوریتم Capon Harmonic برای SNR=20db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954453 h 108شکل (5- 29) – خروجی الگوریتمCapon Geometrics برای SNR=20db و زوایای θ=10و 30 و 33 و 65 PAGEREF _Toc367954454 h 1095-4-2- سناریو 2 PAGEREF _Toc367954455 h 109شکل (5-30) مقایسه 5 الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 360 به ازای تعداد لحظات مشاهده 128 و تعداد بین فرکانسی 128) PAGEREF _Toc367954456 h 110شکل (5-31)محاسبه میزان خطا به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 370 به ازای تعداد لحظات مشاهده 128 و تعداد بین فرکانسی 128 PAGEREF _Toc367954457 h 110شکل (5-32) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 380 به ازای تعداد لحظات مشاهده 128 و تعداد بین فرکانسی 128 PAGEREF _Toc367954458 h 111شکل (5-33) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 390 به ازای تعداد لحظات مشاهده 128 و تعداد بین فرکانسی 128 PAGEREF _Toc367954459 h 111شکل (5-34) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 340 به ازای تعداد لحظات مشاهده 100 و تعداد بین فرکانسی 4 PAGEREF _Toc367954460 h 114شکل (5-35) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 370 به ازای تعداد لحظات مشاهده 1024 و تعداد بین فرکانسی 16 PAGEREF _Toc367954461 h 115شکل (5-36) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 380 به ازای تعداد لحظات مشاهده 100 و تعداد بین فرکانسی 8 PAGEREF _Toc367954462 h 115شکل (5-37) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 380 به ازای تعداد لحظات مشاهده 100 و تعداد بین فرکانسی 16 PAGEREF _Toc367954463 h 116شکل (5-38) مقایسه الگوریتم مطرح شده به ازای سیگنال دریافتی در زاویه 100 ، 330، 380 به ازای تعداد لحظات مشاهده 100 و تعداد بین فرکانسی 16 PAGEREF _Toc367954464 h 116شکل (39-5) مقایسه الگوریتم‌های متفاوت به ازای دو سیگنال دریافتی در زاویه‌های 100 و 330 و زاویه سیگنال سوم بین مقادیر 270 الی 390 به ازای SNR=2 و تعداد‌ لحظات مشاهده SNAP=128 و تعداد در بین فرکانسSamp=64 PAGEREF _Toc367954465
h 117شکل (40-5) مقایسه الگوریتم‌های متفاوت به ازای دو سیگنال دریافتی در زاویه‌های 100 و 330 و زاویه سیگنال سوم بین مقادیر 270 الی 390 به ازای SNR=5 و تعداد ‌لحظات مشاهده SNAP=128 و تعداد در بین فرکانسSamp=64 PAGEREF _Toc367954466 h 117شکل (41-5) مقایسه الگوریتم‌های متفاوت به ازای دو سیگنال دریافتی در زاویه‌های 100 و 330 و زاویه سیگنال سوم بین مقادیر 270

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *