پایان نامه ها

DVB-T، رادارهای، پسیو، رادار، سیگنالینگ، سیگنالهای

سیستمهای راداری اولیه امکان جداسازی سیگنال ارسالی و دریافتی وجود نداشت، فرستنده و گیرنده را در مکانهای متفاوتی قرار میدادند. با پیدایش سیرکولاتور و داپلکسر و امکان ارسال سیگنال به صورت پالسی، رادارهای دو پایه جای خود را به رادارهای تک پایه با پیچیدگی کمتر دادند اما در اوایل دهه 1950 میلادی وقتی خاصیت جالب انرژی بازگشتی امواج در رادارهای دو پایه کشف شد این رادارها جایگاه اسبق خود را به دست آوردند [1-2].
بنا به اهمیت نقش رادار در جنگها و با پیشرفت در مسائل جنگ الکترونیک تلاشهای گستردهای برای کاهش احتمال آشکارسازی رادار توسط ایستگاه شناسایی دشمن انجام شده است. یکی از نتایج این تلاشها استفاده از رادار پسیو میباشد. سیستم راداری پسیو را با نامهای PCL و PBR میشناسند. رادار پسیو در حقیقت نوعی رادار دو پایه است که دارای پیچیدگیهای بیشتری نسبت به رادار تک پایه میباشد. این رادارها در واقع از فرستندههای غیر راداری، که اصطلاحاً با نام فرستندههای مغتنم شناخته میشوند، استفاده میکنند و این امر کمک بزرگی جهت مخفی ماندن از گیرندههای شنود دشمن میباشد. ایده استفاده از فرستندههای غیر راداری به سال 1935 باز میگردد، زمانی که اولین آزمایشها در زمینه رادارهای PBR در انگلستان انجام شد و به دلیل عدم وجود پردازندههای مناسب، تلاش برای پیادهسازی الگوریتمهای پیچیده برای بهبود عملکرد آشکارسازی در رادارهای PBR ناکام ماند و این امکان به دهه 1980 که با پیشرفتهای قابل توجه در پردازندههای دیجیتال و دستیابی به مبدلهای آنالوگ به دیجیتال ارزان و پرسرعت همراه بود موکول شد [1-3-4].
از مزایای رادارهای PBR میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
نداشتن فرستنده خاص راداری این سیستمها را به سیستمهایی ارزانتر، سادهتر، کم حجمتر و غیر قابل شناسایی تبدیل کرده است.
به علت چند پایه بودن، این سیستمها قابلیت آشکارسازی اهداف در ارتفاع پایین را دارند.
در این رادارها به علت استفاده از فرستندههای مغتنم نیازی به بحث تخصیص باند فرکانسی نیست.
بحث ابهام در برد و سرعت در رادارهای PBR نسبت به رادارهای اکتیو تک پایه کمتر مطرح است [3-5].
در شکل 1-1 مدلی از ساختار دو پایه رادارهای پسیو رسم شده است [6]. همان طور که در شکل مشخص است سیگنال مسیر مستقیم، سیگنال مبادله شده مابین فرستنده مغتنم و گیرنده رادار دو پایه و سیگنال هدف، سیگنال مبادله شده مابین هدف و گیرنده رادار دو پایه میباشد.

شکل 1-1: هندسه دو پایه رادار پسیو
فرستندههای مختلف آنالوگ و دیجیتال مانند سیگنال FM، سیگنال آنالوگ تلویزیون، DAB، DVB و سیگنال موبایل میتوانند نقش فرستنده مغتنم را برای رادار پسیو ایفا کنند. مناسب بودن شکل موج برای استفاده در رادار پسیو به عواملی از جمله رزولوشن در برد و داپلر و سطح لوبهای کناری در تابع ابهام بستگی دارد [7-8-9]. در این پایاننامه هدف بررسی سیگنال تلویزیونی دیجیتال زمینی (DVB-T) به عنوان فرستنده مغتنم برای رادار پسیو و حل مسأله حذف تداخل در این رادارها و چگونگی آشکارسازی هدف میباشد.
1-2- بررسی رادار پسیو مبتنی بر سیگنال DVB-T
از علل علاقهمندی و رویکرد به سیگنالینگ DVB-T در رادارهای پسیو میتوان به موارد زیر اشاره داشت [9-10-11]:
فرستندههای سیگنال دیجیتال تلویزیونی، سیگنالی با قدرت و کیفیت خوب و بالا با کمترین هزینه ممکن از دید راداری ارسال میکنند.
این سیگنال پهنای باند کافی برای تامین قدرت رزولوشن در برد مناسب را دارا است.
این سیگنال به نوعی شبیه نویز است و این امر کمک به قابلیت فشردگی در برد و تخمین مناسب داپلر میکند.
خواص آماری سیگنال در طول زمان دارای ثبات است.
این سیگنالینگ دارای ابهام کمتر در برد و داپلر نسبت به مدولاسیونهای دیگر میباشد.
فرستنده در این سیگنالینگ دارای پوششی همه جهته میباشد.
ERP این سیگنالینگ در حد چند کیلو وات میباشد.
پهنای باند زیاد و در نتیجه داشتن رزولوشن بالا در برد (High Range Resolution) در این سیگنالینگ قابل توجه است، در جدول زیر رزولوشن در برد برای چند دسته از رادارهای پسیو مبتنی بر چند نوع سیگنال بیان شده است. همانطور که مشخص است رزولوشن در برد در رادارهای پسیو مبتنی بر سیگنال DVB-T بسیار کمتر از ردارهای پسیو مبتنی بر دیگر سیگنالینگها میباشد [8-12-13].
جدول شماره 1-1: قابلیت رزولوشن در برد برای چند سیگنالینگ مختلف
1.5 upto 6 km FM Radio
3 km Analoge TV
200 m DAB
20 m DVB-T
علیرغم مزایای فوق تابع ابهام DVB-T دارای مشکلاتی است. تابع ابهام این سیگنال دارای پیکهای اضافی و ناخواستهای است که در هنگام کشف و ردگیری اهداف ایجاد مشکل کرده و بهبود تابع ابهام جهت حذف این پیکهای اضافی اجتنابناپذیر به نظر میرسد [7-14-15]. در رادارهای پسیو مبتنی بر DVB-T دادهها در کانالهای مرجع و مراقبت جمع آوری میشوند. در شکل 1-2 مدلی از کانال مراقبت در رادارهای پسیو هنگامی که دو فرستنده مغتنم در محیط حضور دارند نشان داده شده است [16]. همانطور که در شکل مشخص است بعد از پردازشهای اولیه کانال مراقبت شامل سیگنالهای اهداف مورد آشکارسازی، سیگنال مسیر مستقیم و سیگنالهای چند مسیره بوده و کانال مرجع شامل سیگنال مرجع و نویز میباشد. لازم به ذکر است که سیگنالهای تداخل در کانال مراقبت نمونههای تأخیر یافته سیگنال کانال مرجع هستند. مسأله مورد توجه و بحث، چگونگی حذف سیگنالهای مسیر مستقیم و حذف اثر کلاتر و سیگنالهای چند مسیره از کانال مراقبت برای آشکارسازی صحیح اهداف و استخراج پارامترهای مورد نظر با کمترین احتمال خطا است [2-17-18]. هدف در این پایاننامه بررسی روشهای وفقی حذف سیگنال مسیر مستقیم و کلاتر و سیگنالهای چند مسیره جهت آشکارسازی مناسب اهداف میباشد.

شکل 1-2 : مدلی از کانال مراقبت در رادار پسیو
1-3- ساختار پایاننامه
در این پایاننامه در فصل دوم ابتدا به معرفی سیگنالینگ DVB-T و بررسی تابع ابهام آن و روشهای بهبود آن خواهیم پرداخت سپس در فصل سوم روشهای وفقی حذف تداخل و الگوریتمهای مربوطه معرفی و بررسی خواهد شد سپس به معرفی آشکارساز مورد نظر جهت کشف اهداف خواهیم پرداخت. در فصل چهارم نتایج شبیهسازیهای انجام شده در تولید سیگنال DVB-T و بهبود تابع ابهام آن ارائه خواهد شد و در نهایت نتایج شبیهسازیهای انجام شده جهت حذف سیگنالهای تداخل با استفاده از روشهای وفقی ارائه شده و چگونگی عملکرد الگوریتمهای مورد نظر از جهت توانایی حذف سیگنالهای تداخل و کشف اهداف مورد بررسی قرار گرفته و نتایج مربوطه ارائه خواهد شد.
2- آشنایی با سیگنالینگDVB-T و تابع ابهام آن
2-1- مقدمهای بر سیگنالینگ DVB-T
نیازهای تجاری برای توسعه و پیشرفت پخش دیجیتالی زمینی به سالهای 1994 بر میگردد. هدف در آن زمان، قابلیت دریافت سیگنال دیجیتالی زمینی توسط آنتنهای منصوب بر روی پشت بامها بود و گیرندههای متحرک درون ساختمانی و یا موبایل در اولویت نبودند. استاندارد DVB-T (پخش تلویزیون دیجیتال توسط فرستندههای زمینی) برای اولین بار توسط ETSI در سال 1997 به صورت رسمی برای پخش دیجیتالی زمینی منتشر شد و برای اولین بار در سال 1998 در بریتانیا به صورت عملی مورد استفاده قرار گرفت. بعد از بررسی و تحقیقهای انجام شده در این زمینه مشخص شد که به علت انعطافپذیری DVB-T، این سیستمها علاوه بر آنتنهای پشت بامی، قابلیت پوشش شبکههایی با گیرندههای متحرک درون ساختمانی و یا موبایل را نیز دارند. در استاندارد DVB-T صدا، تصویر و سایر دادههای دیجیتالی فشرده شده به روش MPEG-2 با استفاده از سیستم CODFM (OFDM همراه با کدینگ کانال) در باند UHF و VHF و روی کانالهایی با پهنای باند 5 تا 8 مگاهرتز انتقال داده میشوند. استفاده از COFDM از آن جهت است که این سیستم با شرایط چند مسیرگی به خوبی کنار میآید. در سیستم OFDM برای ارسال اطلاعات به جای استفاده از یک فرکانس حامل از چند فرکانس حامل استفاده میشود و دادهها به صورت دیجیتالی بر روی این حاملها مدوله میشوند. در DVB-T دو انتخاب برای تعداد حاملها وجود دارد که به عنوان مودهایk2 و k8 شناخته میشوند. در مود k2 تعداد کل حاملها 2048 =1024×2 و تعداد حاملهای فعال 1705 و تعداد حاملهای حاوی اطلاعات 1512 میباشد. تعداد حاملهای نظیر در مود k8 به ترتیب 8192=1024×8 و 6817 و 6048 میباشد بنابراین طول FFT مورد نیاز برای مودهای k2 و k8 به ترتیب برابر 2048 و 8192 میباشد. فاصله بین حاملها در هریک از این دو مود به ترتیب برابر با 4 و 1 کیلوهرتز است. مود k2 مناسب برای حالتهای تک ارسالی یا شبکههای ارسال کننده تک فرکانسی با فواصل پایین فرستندهها میباشد در حالی که مود k8 علاوه بر این حالتها برای شبکههای با فواصل بالای فرستندهها نیز مناسب است. مدولاسیونهای مورد استفاده در DVB-T یکی از مدولاسیونهای QPSK، 16QAM و 64QAM بوده و بسته به پارامترهای مدولاسیون و کدینگ انتخابی نرخ بیتهای ارسالی بین 5Mbit/sec تا 32Mbit/sec میباشد. در هر کشور با توجه به نیاز کاربران و مقتضیات اقتصادی پارامترهای مناسب از استاندارد DVB-T انتخاب میگردد. این پارامترها شامل پهنای باند هر کانال (6، 7 و 8 مگاهرتز)، بازه زمانی محافظ (نسبتهای 1 به 4، 1 به 8، 1 به 16 و 1 به 32)، نرخ کدینگ و نوع مدولاسیون میباشد. قابل توجه است که در DVB-T با افزایش پهنای باند، انتخاب نوع مدولاسیون، افزایش نرخ کدینگ و یا با کاهش بازه زمانی محافظ مورد استفاده در فریمهای OFDM میتوان نرخ ارسال داده را افزایش داد. استاندارد DVB-T توسط بسیاری از کشورها از جمله ایران به عنوان استاندارد همگانی پخش تلویزیون دیجیتال زمینی پذیرفته شده است [8-10-19-20-21-22].
استاندارد متعاقب DVB-T که انعطاف بیشتری جهت پخش تصاویر با وضوح بالا (HD) را فراهم میآورد تحت عنوان DVB-T2 شناخته میشود. در ادامه به بررسی لایه فیزیکی DVB_T پرداخته و مروری بر جزییات این استاندارد خواهیم داشت [19-20-23-24].
2- 2- بررسی لایه فیزیکی DVB-T
در شکل شماره 2-1 ساختار کلی فرستنده در سیستم DVB-T و در شکل شماره 2-2 همین ساختار با جزییات بیشتر نشان داده شده است [3]. مشخص است که داده اولیه پس از عبور از مراحل مختلفی آماده برای ارسال میباشد که این مراحل در حالت کلی عبارتند از مالتیپلکسینگ، کدینگ و اینترلیوینگ ،که در دو مرحله خارجی و داخلی انجام میشود، ساخت فریم، مدولاسیون OFDM و اعمال زمان محافظ. در این بخش قسمتهای مختلف این ساختار با جزییات مورد بررسی قرار خواهند گرفت [25].

شکل2- 1: ساختار کلی فرستنده DVB-T

شکل 2 -2: جزییات ساختار فرستنده DVB-T
2-2-1- MPEG و مالتیپلکس کانالها
با توجه به نرخ بالای اطلاعات در تلویزیون دیجیتال (شامل اطلاعات صدا و تصویر)، نیاز به روشهای فشردهسازی اطلاعات (کدینگ منابع) به شدت احساس میشود. یکی از مهمترین این روشها MPEG میباشد که کارایی بسیار مناسبی داشته و برای فشردهسازی صوت و تصویر به کار میرود. در این روش همانطور که از شکل 2-2 نیز مشخص است ابتدا اطلاعات مربوط به چند کانال تلویزیونی که شامل داده، تصویر و صدا میباشد به صورت جداگانه برای هر کانال به روش MPEG-2 فشرده میشوند و سپس این دنبالهها که اصطلاحاً به آنها MPEG-PS نیز گفته میشود با یکدیگر مالتیپلاکس میشوند و دنباله خروجی MPEG-TS را تولید میکنند. هر TS دنبالهای پیوسته از بستههایی با طول 188 بایت میباشد که 4 بایت اول حاوی اطلاعات مربوط به header بسته بوده و مهمترین آنها بایت sync (47.Hex) میباشد [19].

شکل2- 3: دنباله خروجی MPEG-2
2-2-2- Splitter
در سیستم DVB-T میتوان دو رشته اطلاعات مختلف را با استفاده از تکنیکی که مرسوم به ارسال سلسله مراتبی است به طور همزمان ارسال نمود. ارسال سلسله مراتبی بدین معنا است که میتوان دو رشته داده را به صورت مستقل توسط یک سیگنال اما با مدولاسیونهای متفاوت ارسال کرد، برای مثال میتوان برای یک رشته داده از مدولاسیون QPSK (اولویت بیشتر) و برای رشته دیگر از مدولاسیون 16QAM (اولویت کمتر) استفاده کرد. در نهایت پایداری در برابر خطا برای دو رشته داده متفاوت خواهد بود. اگرچه رشته داده با اولویت بیشتر دارای نرخ بیت ارسالی کمتر میباشد اما دارای مزیت قابلیت دریافت صحیح در SNRهای پایین است. حالت استفاده از مدولاسیون 16QAM که همان رشته داده با اولویت کمتر است دارای نرخ بیت ارسالی بیشتری نسبت به حالت قبل بوده اما برای دریافت صحیح نیاز به SNRهای بالا دارد. به عنوان مثال میتوان از DVB-T برای ارسال سیگنال SDTV و سیگنال HDTV بر روی یک حامل مشترک استفاده کرد. در این حالت در گیرنده در صورتی که کیفیت سیگنال دریافتی به اندازه کافی بالا نباشد به علت پایدارتر بودن سیگنال SDTV، این سیگنال دیکد میشود و در غیر این صورت میتوان سیگنال HDTV را دیکد نمود [19].
2-2-3- Scrambler
بعد از کد کردن اطلاعات منبع، بستههای MPEG تولید شده وارد بلوک scrambler شده و همبستگی بین دادهها با رندوم کردن ترتیب و چیدمان بایتهای اطلاعاتی از بین میرود. شکل 2-4 ساختار scrambler/descrambler مورد استفاده را نشان میدهد.

شکل 2-4: ساختار scrambler در DVB-T
همان طور که مشاهده میشود چند جملهای مولد دنباله باینری شبه تصادفی (PRBS) در این scrambler به صورت X14+ X15+1 تعریف میشود و shift register مورد استفاده با دنباله 100101010000000 مقدار دهی اولیه میشود و لازم به ذکر است که این مقدار دهی باید به فاصله هر 8 بسته MPEG تکرار شود. برای تامین توانایی مقدار دهی اولیه سیگنال برای descrambler، بایت همزمانسازی (sync) رشته MPEG-2 مربوط به اولین بسته ارسالی از گروه 8 بسته ارسالی به صورت بیت به بیت از 47Hex به B8Hex () تبدیل میشود و این امر در ابتدای هر 8 بسته تکرار میشود. اولین بیت در خروجی مولد دنباله باینری شبه تصادفی باید به اولین بیت (MSB) از اولین بایت داده که به دنبال بایت (B8Hex) آمده است اعمال شود

متن کامل پایان نامه ها در 40y.ir

پاسخی بگذارید

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