وبلاگ

مسئله تخمین كانال در سیستم های مخابراتی بی سیم، همواره مورد توجه محققان بوده است و از اینرو تحقیقات گسترده ای جهت دستیابی به تخمین بهینه صورت گرفته است. مهم ترین كاربرد تخمین در آشكارسازهاست كه باتوجه به تخمین كانال، سمبل دریافتی آشكار می شود. در این میان مسئله تخمین كانال در سیستم های MIMO، به دلیل وجود چند آنتن فرستنده و گیرنده از پیچیدگی بیشتری برخودار است و طبیعتاً تخمین كانال MIMO دارای پیچیدگی محاسباتی بیشتری نسبت به SISO است.

در این تحقیق سعی شده است كه ی كلی بر روش های مختلف تخمین شده و شبیه سازی های مرتبط با آنها انجام شود. ضمنا از الگوریتم های مختلف جهت بررسی عملكرد هر روش استفاده شده و در نمودارهایی عملكرد روش های مختلف با هم مقایسه شده اند.
ساختار كلی این پایان نامه به شرح زیر است:
در فصل اول، به كلی مفاهیمی همچون فیدینگ پرداخته می شود كه باعث كاهش عملكرد یك كانال مخابراتی بی سیم می شود. در این فصل انواع فیدینگ (فیدینگ در مقیاس بزرگ و كوچك، تند، كند، انتخاب فركانسی و غیر انتخاب فركانسی) مورد بررسی قرار گرفته اند. همچنین به بعضی از توابع احتمال بیان كننده مدل كانال اشاره شده است.
در فصل دوم، به بررسی سیستم های چند ورودی – چند خروجی (MIMO)، پرداخته می شود. مزایای این نوع سیستم ها در مقایسه با سیستم های دیگر از نظر احتمال خطا و قابلیت اطمینان و… از موارد مورد بحث در این قسمت است.
در فصل سوم، به بررسی مفهوم تخمین كانال پرداخته می شود. جایگاه و فلسفه وجودی تخمین و كاربردهای آن، از موارد اشاره شده در این فصل است. در این فصل همچنین به بررسی انواع روش های تخمین كانال، مزایا و معایب كلی هر دسته پرداخته می شود.
در فصل چهارم كه شروع بررسی نتایج شبیه سازی ها است، پیش فرض های شبیه سازی و نیز نحوه شبیه سازی الگوریتم های مورد نظر تخمین در محیط نرم افزار MATLAB، آورده شده است. در این فصل نتایج اولین شبیه سازی های پایان نامه، یعنی تخمین براساس ارسال جملات آموزشی آمده است و عملكرد این نوع تخمین براساس الگوریتم هایی همچون ML و LMMSE و LS و MAP بررسی شده است. همچنین تأثیر تغییر تعداد سمبل ها در مدولاسیون QAM، تأثیر كدینگ (در این پایان نامه كدینگ الموتی)، تأثیر تغییر جملات آموزشی و نیز تأثیر افزایش تعداد آنتن های ارسال و دریافت براساس الگوریتم های ذكر شده با معیارهای BER و SER مورد توجه قرار گرفته است. در پایان این فصل عملكرد روش های مختلف در نمودار های كلی، براساس SER و BER، مقایسه شده اند.
در فصل پنجم با انتخاب یك روش شبه كور، این نوع تخمین شبیه سازی شده است. همانند فصل چهارم، بررسی عملكرد این نوع تخمین با الگوریتم های ذكر شده و با افزایش تعداد آنتن های ارسال و دریافت و نیز اعمال كدینگ الموتی مورد بررسی قرار گرفته است.
فصل ششم، اختصاص به مقایسه نتایج حاصل ا ز دو فصل 4 و 5 دارد.سه معیار مقایسه عبارتند از: (SER و BER)، پیچیدگی محاسباتی و اضافات.
فصل هفتم، نتیجه گیری نهایی و ارائه پیشنهادها را شامل می شود.

امروزه بر تعداد سازمان هایی که استراتژی کلی آنها براساس VOIP می باشد، خیلی سریع افزوده شده است. MOIP یکی از مهمترین کاربردهای شبکه های نسل بعد است. MOIP یکی از شاخه های Over IP است که بر روی ارتباط بین دو مودم از طریق خط IP متمرکز شده است. بلوک دیاگرام کلی این بخش به صورت شکل 1 است.
همانگونه که مشخص شده است، سیستم شامل چهار بخش است که عبارت است از دو مودم و دو دروازه. ارتباط بین دو دروازه از طریق شبکه IP و ارتباط بین مودم ها و دروازه ها از طریق خط PSTN برقرار می شود. بسته به قابلیت سیستم می توان انواع مدولاسیون های سری V و همچنین الگوریتم های تصحیح خطا و فشرده سازی را لحاظ کرد. این تکنولوژی پتانسیل بالایی در کاهش هزینه ارتباطات مخصوصا در سازمان های بزرگ دارد. در MOIP مقصد ارسال مودم به جای اینکه یک شماره معین باشد، آدرس IP است. آدرس IP یا شماره میزبان، یک سری عدد است که به یک مودم معین که به یک شبکه معین متصل است تخصیص داده شده است.

استفاده از MOIP مزایای زیادی می تواند داشته باشد. یکی از مهمترین مزایای آن می تواند کاهش هزینه ارتباط باشد، چون یک سیستم MOIP می تواند داده را به یک سیستم دیگر MOIP از طریق اینترنت و بدون استفاده از خطوط آنالوگ تلفن انتقال دهد.
در پروتکل V.150 سه حالت کاری وجود دارد.
1- حالت صوتی: در این حالت همان VOIP می باشد. دروازه تن های دریافتی را آنالیز کرده و دریافت سیگنال مودم را با پیغام مناسب استاندارد RFC2833 (پروتکل ایجاد دیتای RTP برای تن ها و سیگنال های تلفنی) به سمت دیگر ارسال می کند. دروازه همتا نیز آن تن را دوباره سازی و به مودم خودش می فرستد. این حالت پیش فرض MOIP است.
2- حالت VBD: در این حالت یک کد کننده سیگنال باند صوتی دریافتی را در عرض شبکه IP کد و ارسال می کند.
3- حالت MR: سیگنال مودم در دروازه ها ختم شده و در فاز ارسال دیتا توسط پروتکل انتقال SPRT بین دو دروازه حمل می شود. گذر به این حالت ها توسط پروتکل SSE صورت می پذیرد.
در دو حالت نخست سیگنال مودم همچون صدا تلقی شده و عینا توسط دروازه ها به مودم مقابل منتقل می شود حال آنکه در حالت سوم در هر دروازه سیگنال مودم متناظر به اصطلاح Terminate شده و داده خالص بر روی خط IP قرار داده می شود. حالت سوم بهترین عملکرد را دارد در عوض پیچیدگی بیشتری داشته و در صورت بروز هرگونه اشکالی در آن ناگزیریم از حالت های نخست استفاده کنیم. در این پیاده سازی نیز حالت MR مدنظر می باشد. البته این حالت خود به شاخه های متعددی تقسیم می شود که متداول ترین آن وضعیت MR1 است و می تواند به عنوان ملاک اولیه در نظر گرفته شود.
به طور کلی برای V.150 می توان شش فاز در نظر گرفت که شکل های 2 الی 7 به وضوح آن را بیان می کنند.
در واقع هدف نهایی این پروژه آماده سازی دروازه است و کلیه پیاده سازی ها در پایان این بخش قرار می گیرند. سخت افزار تستی که در این پروژه در نظر گرفته می شود به صورت شکل 8 است.
چهار بخش استاندارد در شکل مشکل شده است و همانگونه که ذکر شد پیاده سازی بر روی G1 و G2 انجام می گیرد. این دو بخش شامل یک PC و یک کارت DSP می باشد. در واقع بخشی از عملیات توسط کارت DSP و مابقی و همچنین کنترل اجزا توسط PC انجام می شود. در این پروژه پیاده سازی بلوک هایی از پروتکل نظیر SSE و پیغام های حالت MR با کد C برنامه نویسی می شود. در قسمت SSE نیز پیغام های کنترلی وجود دارد که برنامه تولید و آشکارسازی آنها نیز نوشته شده است.

:
نظربه روند روبه رشد تجدید ساختار شبكه های توزیع در سالهای اخیر، موضوع استفاده از منابع تولید پراكنده (DG) – به دلیل مزایایی چون كاهش تلفات توزیع، آزادسازی ظرفیت خطوط، بهبود پروفایل ولتاژ، افزایش قابلیت اطمینان شبكه، دوستی با محیط زیست و … – به شدت مورد توجه قرار گرفته است. اما به رغم مزایای فوق الذكر در صورت انتخاب ناصحیح تعداد، ظرفیت و مكان برای DG، ممكن است مشكلات شبكه مضاعف گردد. لذا برای بهره برداری بهینه از شبكه ی توزیع و بهبود ساختار آن لازم است تعداد، ظرفیت و مكان DG به صورت بهینه انتخاب گردد. برای تأمین این هدف بایستی پارامترهای تلفات، میزان ظرفیت آزاد خطوط، پروفایل ولتاژ، قابلیت اطمینان و… قبل و بعد از نصب DG در كلیه حالات ممكن بررسی و بهترین پاسخ انتخاب شود. اما نظربه پیچیدگی و زمانبری این مسأله، ما در حل آن از الگوریتم بهینه سازی كولونی زنبورهای عسل، كه از رفتار هوشمندانه زنبورهای عسل در طبیعت به منظور جستجوی شهد الهام گرفته شده است، بهره میگیریم. همچنین با توجه به اهمیت زیاد تلفات توزیع در كشور (كه بیش از 20 % میباشد)، ما در این پایان نامه تنها شاخص های تلفات و ظرفیت آزاد خطوط شبكه توزیع را در نظر میگریم و با توجه به تأثیر این پارامترها بر قابلیت اطمینان شبكه، در صورت بهبود این پارامترها، قابلیت اطمینان نیز افزایش خواهد یافت.
در فصل اول پس از بازنگری پیشینه این مسأله، هدف از نگارش این پایان نامه تبیین میگردد.
در فصل دوم تعاریفی در مورد تولید پراكنده، انواع و تكنولوژی آن ارایه میگردد. در فصل سوم شرح مختصری در مورد انواع شبكه های توزیع، تاثیرات مثبت و منفی تولید پراكنده بر شبكه توزیع، داده میشود و وضعیت در ایران بررسی میگردد. در فصل چهارم مدلهای تولید پراكنده و پخش بار جاروب رفت و برگشت كه ابزاری جهت تعیین شاخص ها در حل مسأله میباشد، تبیین میگردند؛ شاخصهای
انتخابی، یعنی كاهش تلفات و آزادسازی ظرفیت خطوط، تشریح و فرموله شده و در نهایت توابع هدف مسأله معرفی میشوند.

در فصل پنجم الگوریتم بهینه سازی كولونی زنبورهای عسل (BCO)، به عنوان ابزار حل مسأله، معرفی و سابقه آن بررسی میگردد.
فصل ششم شامل اعمال این الگوریتم به مسأله مكان یابی و تعیین ظرفیت بهینه DG و مطالعات عددی در مورد شبكه 33 باسه IEEE و ارایه نتایج حاصل از اعمال الگوریتم به مسأله است. نهایتا در فصل هفتم به جمع بندی مطالب پرداخته و پیشنهادهایی ارایه میگردد.
فصل اول
پیشینه مسأله و هدف از تحقیق
1-1) پیشینه مسأله
امروزه با تغییر و پیشرفت روزافزون در صنعت برق شاهد بروز تحولات عمدهای هستیم كه تحت عنوان كلی تجدید ساختار صنعت برق مطرح میگردند، انقلابی كه ارتباط ما را با بازار برق تغییر میدهد. تجدید ساختار در صنعت برق، پیشرفتهای تكنولوژیكی و محدودیت هایی در ساخت و نصب پستهای فوق توزیع و توزیع و همچنین خطوط انتقال، افزایش هزینه سوختهای فسیلی و نگرانیهای مربوط به پایان پذیر بودن و اثرات مخرب زیست محیطی آنها موجب دگرگونی قوانین و معیارهای اقتصادی در سیستم قدرت شده است. این تغییرات، فرآیند طراحی و بهره برداری از سیستم را تحت تاثیر قرار داده و موجب گردیده است كه اهداف، معیارها و محدودیتهای جدیدی در این پروسه ها وارد شود. با پیشرفت تكنولوژی، افزایش راندمان و كاهش قیمت فناوریهای مرتبط با تولیدات پراكنده و نیز هماهنگی این تولیدات با معیارهای اقتصادی سیستمهای قدرت انتظار میرود این منابع نقش فزایندهای را در صنعت برق بازی كنند. این فواید گرایش بیشتری به سمت منابع تولید پراكنده به عنوان جایگزینی برای رساندن انرژی الكتریكی به مشتركین ایجاد كرده است. در سال های اخیر مطالعات زیادی در زمینه جایابی منابع تولید پراكنده در شبكه های توزیع انجام شده است به نحوی كه این مطالعات بسته به اهداف تحقیقات، روش بهینه سازی، مدلسازی بار و دیگر پارامترهای موثر در این زمینه با یكدیگر متفاوتند. در این فصل برای آگاهی بیشتر در زمینه جایابی منابع تولید پراكنده و پیشینه موضوع، مطالعات انجام شده در زمینه تخصیص و جایابی منابع تولید پراكنده در شبكههای توزیع به صورت خلاصه در جدول (1-1) آورده شده است.
2-1) هدف از تحقیق و نگارش این پایان نامه
باتوجه به روند روبه رشد توسعه كشور و در راستای آن سیر صعودی در تجدیدساختار و خصوصی سازی صنعت برق، انجام تحقیقات پایه ای با رویكردهای گوناگون به منظور جهت دهی هوشمندانه این تحولات و بهینه كردن آنها بسیار ضروری است. بخشی از این تغییرات در حوزه تولید نیرو با رویكرد استفاده از تولیدات پراكنده میباشد. لذا پیش از به كارگیری این تجهیزات در سطح كشور و در ابعاد وسیع، ضروری است تحقیقات گستردهای در زمینه روشهای ممكن مكان یابی و تعیین ظرفیت بهینه آنها با اهداف مختلفی چون كاهش تلفات، آزادسازی ظرفیت خطوط، بهبود پروفایل ولتاژ و قابلیت اطمینان و خصوصا كاهش اثرات زیست محیطی صورت پذیرد.
هدف اصلی از انجام این تحقیق، معرفی روش بهینه سازی كولونی زنبورهای عسل BCO به عنوان راه حلی موثر و نوین برای مسأله تخصیص بهینه تولیدات پراكنده در سیستم توزیع می باشد. لذا در این نوشتار، به دلیل یكسان نبودن تابع هدف انتخابی و شبكه تست، مقایسه ای میان این روش و الگوریتم های دیگر صورت نپذیرفته است و تنها به تبیین الگوریتم BCO، ویژگی ها و سابقه كاربرد آن پرداخته شده و در نهایت به مسأله مورد مطالعه اعمال گردیده است.

:
در این پایان نامه روند طراحی یك تقویت كننده متعادل با نویز پایین در باند X دنبال خواهد شد، این پروژه شامل دارای چندین ویژگی منحصر به فرد و توام را شامل می شود كه عبارتند از:
1- طراحی تقویت كننده با ویژگی نویز پذیری پایین.
2- طراحی تقویت كننده با ویژگی پهنای باند وسیع.
3- طراحی تقویت كننده متعادل برای حصول بهره متوسط در باند وسیع.
توام بودن ویژگی های فوق در یك مدار تقویت كننده مایكروویو مستلزم طراحی مرحله به مرحله و استفاده از تكنیك های روتین طراحی و در نهایت جهت بهینه سازی پاسخ طراحی بدست آوردن تركیب مناسبی از نمونه های طراحی می باشد.
1-1- مدارات مایكروویو
فركانس های مایكروویو بصورت قراردادی به فركانس های 1 تا 300GHz اطلاق می گردد یا به عبارت دیگر طول موج های رنج میكرون از نواحی مادون قرمز و نور مرئی را در خود دارد. با توجه به استاندارد سازی انجام گرفته توسط IEEE یك مقیاس بندی در فركانس های مایكروویو صورت گرفته است و بعنوان نمونه در این پروژه هدف طراحی در باند X می باشد یعنی در رنج فركانسی 12GHz~8 طراحی

 انجام می گیرد.

با پیشرفت تكنولوژی رویكردی در تجهیزات مایكروویو انجام گرفته و استفاده از موجبرها، خطوط هم محور یا خطوط نواری جای خود را به مدارات مجتمع در فركانس های مایكروویو داده است كه در اینجا به سه دسته از آن اشاره خواهیم كرد:
1- مدارات مایكروویو گسسته (MDCs). یك مدار گسسته شامل عناصر جداگانه ای است كه توسط سیم های هادی به هم وصل می شوند. مدارات گسسته همچنان در سیستم های مایكروویو پرتوان بسیار مفید هستند.
2- مدارت مجتمع مایكروویو یكپارچه (MMICs). یك مدار مجتمع مایكروویو یكپارچه متشكل از یك تراشه بلور نیمه هادی واحد است كه همة عناصر اكتیو و پسیو و اجزاء اتصالات بر روی آن ساخته و پرداخته می شوند. معمولاً در سیستم های ماهواره ای و رادار هواپیمایی كه در آنها به تعداد زیادی مدار مشابه وجود دارد ، كاربرد دارد.
3- مدارات مجتمع مایكروویو (MICs). مدارات مجتمع مایكروویو تركیبی از عناصر پسیو و اكتیو هستند كه در طی مراحل متوالی نفوذ بر روی یك زمینه نیمه هادی یكپارچه یا هایبرید ساخته می شوند. MMIC ها دارای چگالی بسیار بالایی هستند یك MIC به صورت هایبرید یا یكپارچه ساخته می شود، به کارگیری MICها در مدارات دیجیتال و سیستم های نظامی با توان مصرف كم وچگالی بسته بندی كم، بسیار مفید است.
1-1-1- عناصر مداری مایكروویو
عناصر مداری مایكروویو به دو نوع تقسیم بندی می شوند:
1- مدارات عنصر فشرده. عبارت فشرده به معنی غیر متغیر بودن L و C با فركانس ثابت بودن فاز موج در روی عنصر می باشد. در فركانس های مایكروویو حجم عناصر فشرده بسیار كوچكتر از مدار معادل گسترده آن است.
2- مدارات خط توزیع شده. عبارت توزیع شده بدین معنی است كه پارامترهای C و L و R و G تابعی از از طول خط بوده و مقادیر L و C متغیر با فركانس هستند.
انتخاب عناصر فشرده یا توزیع شده در شبكه های تطبیق تقویت كننده ها بستگی به فركانس كار دارد. تا باند فركانسی X، طول موج بسیار كوتاه است و عناصر فشردة خیلی كوچك نیز تغییر فاز ناچیزی ایجاد می نمایند. درفركانس كار مدار بالاتر از 20GHz عناصر توزیع شده ترجیح داده می شوند.
2-1-1- تطبیق درشبكه های مایكروویو
اگر امپدانس های بار و منبع با امپدانس های ورودی و خروجی قطعه اكتیو تطبیق نباشد، برای تطبیق قطب های ورودی و خروجی باید شبكه های تطبیقی طراحی نمود. بطور كلی، وقتی كه اندازه ضریب انعكاس كوچكتر یا مساوی واحد باشد از نمودار اسمیت معمولی برای طراحی مدار تطبیق استفاده می شود و اگر اندازة ضریب انعكاس بزرگتر از واحد باشد از نمودار اسمیت فشرده به منظور تطبیق استفاده می گردد.
در سیستم های الكترونیكی مایكروویو اگر نتوان مقدار زیادی توان را توسط منبع منفرد تولید نمود و یا توان ورودی فراتر از ظرفیت یك قطعه نیمه هادی منفرد باشد، استفاده از روش های تركیب توان قابل استفاده خواهد بود كه ما در این پروژه به نحوی از یك تقویت كننده متعادل استفاده خواهیم كرد.

مخابرات سیار
تا دو دهه پیش سیستمهای مخابراتی بیسیم علاوه بر محدودیت در تنوع سیستم و سرویسهای ارائه شده بدلیل گرانی این سرویسها تنها استفاده كنندگان خاصی را داشتند. امروزه بواسطه پیشرفت فناوری این سیستمها دارای تنوع قابل توجهی خصوصاً در انواع سرویسهای ارائه شده، گشته اند و ارزانی نسبی این سرویسها باعث شده است دسته وسیعی از مردم جهان امكان استفاده از این سرویسها را داشته باشند.
تقاضای روز افزون برای استفاده از سیستمهای مخابراتی بیسیم نیاز به افزایش ظرفیت سیستمهای موجود و یا احیاناً ایجاد سیستمهای

 جدید را اجتناب ناپذیر می سازد. در این رابطه رشد سیستمهای مخابرات بیسیم سیار نمایانتر از رشد صنعت مخابرات در شاخه های دیگر میباشد.

از آنجائیكه بازارهای متعدد مخابرات سیار انتظار چنین تقاضای گسترده ای را نداشتند و از طرفی سطح خدمات مورد انتظار از شبكه كه محدود به خدمات صوتی بود ، بالاتر می رفت و نیاز به طراحی یك شبكه سیار با پوشش جهانی و خدمات چند رسانه ای با سرعت بالا، ضرورت تعریف استاندارد جهانی مخابرات سیار نسل سوم را ایجاد نمود.
بدلیل همین نیاز كمیسیون مجامع اروپائی (CEC) یك برنامه تحقیقاتی با نام RACE را در اوایل سال 1988 آغاز كرد. هدف این برنامه مطالعه و تحقیق بر روی تكنیكها و روشهایی برای پدید آوردن سیستمهای نسل سوم بود.
سیستم سیار نسل سوم در اروپا، UMTS یا سیستم مخابراتی سیار جهانی نام گرفت. همین ایده در اواسط دهه 80، در مجمع جهانی مخابرات یا ITU، نیز مطرح شد و نام IMT-2000 برای سیستم نسل سوم انتخاب گردید.
1-2- تاریخچه و نسلهای ارتباطات سیار
1-2-1- نسل اول مخابرات سیار
بعلت امكان حركت مشتركین و ارتباط در هر زمان و هر مكان، مخابرات سیار یكی از بهترین ارتباطات حال حاضر برای ارایه خدمات به مشتركین می باشد كه بدون توجه به مكان و زمان مشترك و با یك دستگاه فرستنده و گیرنده سیار با شبكه ای ارتباط بر قرار می كند.