وبلاگ

کوتاه در فصل اول به معرفی شبکه DVB-RCS و نحوه طراحی آن پرداخته می شود. در همین راستا ویژگی های تکنیکی شبکه DVB-RCS آورده می شود و میزان بهبود ایجاد شده از بکارگیری مدولاسیون وفقی و نحوه طراحی و تخصیص ظرفیت در این شبکه ها بیان می شود. بکارگیری ویژگی مدولاسیون و کدینگ وفقی امکان حذف حاشیه اضافه در نظر گرفته شده برای شرایط آب و هوایی بد را ایجاد می کند پس باعث کاهش توان و هزینه سرویس می شود. حال برای بکارگیری تقویت کننده توان در ناحیه اشباع با مدولاسیون مرتبه بالا در شبکه های

 DVB-RCS نیاز به بررسی اثرات غیرخطی تقویت کننده می باشد بنابراین در فصل سوم به بررسی ویژگی های غیرخطی تقویت کننده توان بالای  TWTA، ارائه مدل برای مدل کردن اثرات غیرخطی و همچنین نحوه طراحی خطی سازی به روش پیش اعوجاج پرداخته می شود. همانطور که می دانیم خطی ساز پیش اعوجاج تابع معکوس هم از نظر فاز و هم از نظر دامنه تابع معکوس تقویت کننده توان می باشد. لذا زیر سیستمی برای محاسبه تابع معکوس تقویت کننده پیاده سازی شده و به هریک از سمبل های داده قبل از عبور تقویت کننده اعمال می شود و نتایج حاصل از بکارگیری خطی ساز به روش پیش اعوجاج در ادامه در فصل چهارم آورده می شود. برای شبیه سازی تقویت کننده و خطی ساز با روش پیش اعوجاج و بررسی میزان بهبود ایجاد شده در عملکرد تقویت کننده از نرم افزار Matalb/Simulink استفاده شد. برای شبیه سازی و بررسی عملکرد این نوع خطی ساز در مدولاسیون های سطوح بالا ابتدا بلوک طراحی شده در یک لینک با مشخص های، یک لینک DVB-RCS با مدولاسیون 32QAM و 64QAM با نرخ های مختلف کدینگ کانولوشنال به کار گرفته شد و میزان بهبود ایجاد شده از بکارگیری خطی ساز در BER، منظومه سیگنال، طیف توان و دیاگرام چشمی محاسبه گردید. چون هدف بکارگیری این بلوک خطی ساز در لینک DVB-RCS با مدولاسیون و کدینگ وفقی می باشد بنابراین بلوک خطی ساز طراحی شده در یک شبکه DVB-RCS با روش دسترسی TDMA با ده ایستگاه فرستنده، ده ایستگاه گیرنده و یک هاب به کار گرفته شد و میزان بهبود از بکارگیری خطی ساز در گذردهی شبکه محاسبه گردید. در پایان به جمع بندی و ارائه پیشنهاد برای ادامه کار در فصل پنجم پرداخته شد.

در این پایان نامه، مدلسازی سینماتیکی و دینامیکی روبات با مفاصل انعطاف پذیر مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد، سپس با به کارگیری تکنیک کنترل هوشمند آموزشی فیدبک خطا یکی از مشخصه های مهم روبات یعنی ظرفیت حمل بار ماکزیمم روبات تعیین می گردد.
روش FEL که در این مجموعه ارایه و شبیه سازی گردیده روشی نوین در کنترل بازوهای روبات یک با مفاصل انعطاف پذیر می باشد و در این روش به کمک سیستم های کنترل هوشمند شبکه عصبی، MLP و کنترلرهای کلاسیک PID برای روبات دو لینکی با مفاصل انعطاف پذیر براساس سیستم مدل آزاد و به صورت on-line می باشد.
در روشهای متعارف کنترلی مسیر مطلوب و یا زوایای مربوطه ردیابی می شود که در این تحقیق سعی گردیده، به هردو روش از کنترلر هوشمند استفاده گردد، طریق اول کنترلر به جای ردیابی مسیر مطلوب، زوایای بازوها مورد ردیابی قرار گرفته اند به این ترتیب حجم

 معادلات کاهش می یابد و در نتیجه محاسبات سریع تر انجام می شوند و بحث دقت برای تک تک مفاصل جداگانه مورد بررسی قرار می گیرد. در طریق دوم کنترلر مستقیما از موقعیت پنجه اندازه گیری می شود و به عنوان مبنای خطا در نظر گرفته می شود. به این دلیل نسبت به روش قبل تغییراتی در شیوه محاسبه خطا مدنظر قرار می گیرد. در روش اول سعی در این است که مفاصل را کاملا، مستقل از یکدیگر در نظر گرفته شود، یعنی بازوها از هم جدا شده اند و هریک به طور جدا خطای خود را اصلاح می کنند و در روش دوم سعی بر آن است که موقعیت پنجه اصلاح گردد، که این موقعیت با روابط سینماتیک معکوس قابل تبدیل به میزان انحراف زوایا نیز می باشد، که در این تحقیق با توجه به وجود مسیرهای مختلف برای رسیدن پنجه به موقعیت مطلوب ما از ترکیب هر دو روش محاسبه خطای فوق استفاده کرده ایم.

حداکثر ظرفیت حمل بار دینامیکی روبات پیش از این به روش های حلقه باز و خطی سازی فیدبک و مود لغزشی برای روبات های با مفاصل انعطاف پذیر انجام شده است، و همچنین عواملی که باعث ایجاد محدودیت در میزان ظرفیت حمل بار می شوند نیز مشخص شده اند، این محدودیت ها عبارتند از: 1- قید محدودیت گشتاور محرک ها؛ 2- قید خطای ردیابی. اما در روش FEL انحراف مسیر نسبت به سایر روش های فوق الذکر کمتر است، لذا یکی از پارامترهای محدودیت حمل بار بهبود یافته و در نتیجه DLCC افزایش می یابد، و در این تحقیق از این امکان بهره گرفته و با ارایه روشی نوین (استفاده از آموزش خطا) محاسبه حداکثر بار قابل حمل در روبات های با مفاصل انعطاف پذیر ارائه شده است.

در دو دهه گذشته، فناوری CMOS به سرعت حوزه مدارهای مجتمع را در برگرفته و راهکارهایی ارزان و کارا عرضه نموده است. اگرچه افزاره دو قطبی سیلیکان هنوز کاربردهای مناسب خود را دارد ولی امروزه فقط فرایندهای CMOS به صورت یک انتخاب موفق برای مجتمع سازی سیستم های پیچیده سیگنال مرکب (دیجیتال – آنالوگ) درآمده است.
افزایش سرعت و کاهش توان مصرفی در مدارهای مجتمع CMOS همواره به عنوان یک هدف اصلی مورد توجه بوده است. در سالهای اخیر نیاز به طراحی افزاره های توان پایین به صورت قابل ملاحظه ای افزایش یافته است.
برای کاهش مصرف توان در مدارهای CMOS از روشهای مختلفی استفاده می شود که به عنوان مثال می توان به تغییر ساختار مدار،

 کاهش ولتاژ هزینه و تغییر ابعاد ترانزیستورها اشاره کرد. در این سمینار تغییر ابعاد ترانزیستور مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است.

ساختار فصول به این شرح است: در فصل اول اهمیت توان مصرفی، اجزای آن و راه های کاهش توان مصرفی بیان شده است. در فصل دوم، افزاره ماسفت دو گیتی سیلیکان بر روی عایق مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده شده است، این افزاره برای کاربردهای توان پایین مناسب می باشد. در فصل سوم، با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری اطلاعات کمی مناسبی جهت بهینه سازی ابعاد افزاره برای کاربردهای توان پایین ارائه شده است.
فصل اول: کلیات
1-1) اهمیت توان مصرفی در مدارهای مجتمع
افزایش سرعت و کاهش توان مصرفی در مدارهای مجتمع CMOS همواره به عنوان یک هدف اصلی مورد توجه بوده است. در سالهای اخیر نیاز به طراحی افزاره های توان پایین به صورت قابل ملاحظه ای افزایش یافته است.
عوامل متعددی بر این افزایش چشمگیر تقاضا موثرند. یک دسته از این عوامل ناشی از رشد سریع کاربردهای پرتابل نظیر کامپیوترهای قابل حمل، تلفن های سلولی و دیگر وسایل مخابراتی قابل حمل می باشد. پرتابل بودن این سیستم ها ابعاد و وزن باتری ها را محدود می کند و محدودیت شدیدی بر مصرف توان افزاره ها می گذارد.
دسته دیگر، ناشی از رشد کاربردهای غیر پرتابل نظیر تجهیزات الکترونیکی پزشکی می باشد که بر پایه مدارهای مجتمع CMOS می باشند و مصرف توان به یک پارامتر بسیار مهم در این سیستم ها تبدیل گشته است.
شکل (1-1) تغییرات چگالی توان (توان بر واحد سطح) برحسب کاهش ابعاد ترانزیستورها را نشان می دهد. با پیشرفت تکنولوژی و کاهش ابعاد تراشه ها میزان چگالی توان تراشه ها به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. بدین ترتیب، به منظور جلوگیری از صرف هزینه گزاف استفاده از خنک کننده بر روی تراشه ها، لزوم بکارگیری روش هایی برای کاهش توان مصرفی در مدارهای مجتمع CMOS مشخص می شود. همچنین با گرم شدن تراشه ها عمر دستگاه به شدت کاهش می یابد که می تواند باعث ایجاد مشکلات بعدی شود.
برای کاهش توان مصرفی در مدارهای CMOS از روشهای مختلفی استفاده می شود، به عنوان مثال می توان به تغییر ساختار مدار، کاهش ولتاژ تغذیه و تغییر ابعاد ترانزیستورها اشاره کرد. آشنایی با روش های کاهش توان مصرفی در مدارهای مجتمع CMOS مستلزم دانستن اجزای توان مصرفی در این مدارها می باشد.

انواع آنتن های میکرواستریپ با توجه به وزن سبک و قیمت کم، کاربردهای زیادی در صنعت مخابرات و نظامی پیدا کرده اند. علیرغم مزایای زیادی که این آنتن ها دارند، وجود بعضی از معایب در این آنتن ها باعث شده است که از این آنتن ها در بعضی از مصارف نتوان استفاده کرد. از ضعف های عمده این آنتن ها می توان به کم بودن پهنای باند فرکانسی و گین این آنتن ها اشاره کرد. البته از زمان مطرح شدن این آنتن ها راهکارهای مختلفی برای از بین بردن این معایب ابدا شده است، که می توان در کتاب های مرجع و یا در مقالات به آنها رجوع کرد.
یکی از مشکلات ریشه ای این آنتن ها وجود امواج سطحی در آنهاست. با توجه به ساختار صفحه ای این آنتن ها وجود دی الکتریک زمین شده در اطراف اکثر آنتن های میکرواستریپی که محیط مناسب برای انتشار امواج سطحی می باشند امواج سطحی در این المان ها به وجود می آیند و باعث کاهش گین و پهنای باند آنتن های میکرواستریپی می شوند.
چند سال اخیر ساختارهای جدید وارد عرصه تحقیقات مخابرات شده است که توانایی کاهش امواج سطحی را دارند این ساختارها که

 اصطلاحا به ساختارهای Band Gap Structure مشهور هستند در رده ساختارهای متناوب تقسیم بندی می شوند.

ساختارهای BGS در یک پهنای باند فرکانس معین به نام Band Gap از انتشار امواج سطحی جلوگیری کرده و باعث افزایش پهنای باند فرکانسی و گین آنتن می شوند و می توان این ساختارها را به دو دسته Via دار و تک صفحه ای تقسیم کرد. برای ساختار Via دار یک مدل ساده ای به نام مدل تشدیدی ارائه شد، که در قسمت های بعدی خواهیم دید که این مدل توانایی تحلیل کلی ساختارها را ندارد و تنها می تواند فرکانس تشدید یکی از Band Gap ها را نشان دهد.
از مشکلات ساختار Via دار، وجود Via های زیاد می باشد، که در عمل ساخت این ساختار را بسیار مشکل می کند. بنابراین محققین دنبال روشی برای تک صفحه ای کردن این ساختارها بودند، که حاصل تلاش آنها منجر به وجود آمدن ساختار تک صفحه ای شد. این ساختار تقریبا عملکردی همانند ساختار Via دار را دارد.
در مورد تحلیل ساختارهای BGS به غیر از مدل تشدیدی ارایه شده مدل دیگری به نام مدل خط انتقال ارایه شده است. این مدل بر پایه اصول خط انتقال می باشد و برخلاف مدل تشدیدی توانایی نماین کردن Band Gap موجود در فرکانس های بالای مایکرویوی را با تقریب خیلی خوبی دارد. ولی توانایی معین کردن Band Gap موجود در فرکانس های پایین را ندارد. با بررسی ساختارهای مورد بحث توانستیم، با بهبود مدل خط انتقال مدل جدیدی برای این ساختارها ارایه کنیم. این مدل توانای آشکارسازی Band Gap ساختار را در فرکانس های پایین دارد. این مدل توسط نرم افزار Matlab مورد تحلیل قرار گرفت. نتاج به دست آمده تطبیق خوبی با نتایج حاصل از تحلیل این ساختار توسط نرم افزار HFSS را دارد.
در فصل دوم، امواج سطحی و سطوحی که می توانند این امواج را در خود به وجود آورند به صورت کلی بررسی شده است. و همچنین مفهوم امپدانس سطحی معرفی شده و رابطه آن را با امواج سطحی مورد مطالعه قرار می گیرد. در فصل چهارم، با مدل خط انتقال برای تحلیل ساختار Via دار و تک صفحه ای آشنا می شویم. ابتدا مدل اولیه خط انتقال را معرفی می کنیم. اما چون این مدل، توانایی معین کردن Band Gap را در فرکانس های پایین ندارد. مدل جدیدی به نام مدل بهبود یافته برای رفع این مشکل معرفی می کنیم. نتایج به دست آمده از تحلیل این مدل توسط نرم افزار Matlab تطبیق خوبی با نتایج حاصل از تحلیل این ساختار توسط نرم افزار HFSS را دارد.
در فصل پنجم، با بکار بردن این ساختارها در دو آنتن میکرواستریپ مونوپل با Patch مثلثی و مستطیلی و تغذیه میکرواستریپ لاین تغییرات حاصل در پارامترهای آنتن را مورد بررسی قرار خواهیم داد.

در سال 1843 شبكه های مخابراتی با نصب سیستم مورس در مسیر خط راه آهن واشینگتن – بالتیمور پا به عرصه وجود گذاشتند. در واقع پیش از آن، اولین پیام تلگرافی با عنوان (اعلام به دنیا)، توسط اف بی مورس در سال 1838 از یك خط 16 كیلومتری ارسال شده بود. سیستم های تلفنی باسیم نیز توسط الكساندر گراهام بل در سال 1876 ابداع و برای مسافتهای كم و افراد معدود جهت انتقال صدا بكار برده می شد. با معرفی امواج رادیویی توسط هرتز در سال 1888 امكان انتقال اطلاعات به محل هایی كه از نظر اقتصادی برای نصب كابل مقرون به صرفه نبودند، ممكن شد و ماركونی در سال 1897 اقدام به مخابره اولین پیام بی سیم كه آن را رادیو نامید، نمود. سرانجام جهت نیل به هدف نهایی، سیستم های مخابراتی سیار مورد توجه واقع شدند. هرچند مخابرات رادیویی و سیار با هدف ارسال و دریافت تلگراف پا به عرصه وجود گذاشت ولی با آغاز جنگ جهانی اول برای ارتباط بین كشتی ها مورد استفاده فراوان قرار گرفت. در سال 1948 شانون قضیه ظرفیت را ارائه كرد تا تكنولوژی مخابرات پیشرفت های شگرفی یابد و وسایل مخابراتی پیچیده و پیشرفته هر روز در زندگی بشر بیش از پیش توسعه یابند.
علاقه به داشتن وسایل كوچك و سبك جهت كاربردهای مختلف مخابراتی نظیر انتقال صوت و تصویر با هدف دسترسی آسان به اطلاعات جهانی و بین المللی و ارتباط با دوستان و بستگان، حجم وسیعی از تحقیقات دهه های اخیر در حیطه مخابرات سیار را به خود اختصاص داده است. شاید این رویكرد اختصاصی به مخابرات سیار بدلیل حجم بالای نقدینگی و بازار بسیار مناسب درآمدزای آن كه ناشی از تعداد زیاد مشتریان بوده، موجب پیشرفت چشمگیر علم مخابرات شده است.
از طرف دیگر با افزایش ضریب نفوذ اینترنت و جایگزینی آن با دیگر وسایل ارتباط جمعی، درخواست كاربران را برای استفاده از دستگاه های مخابراتی كوچك، حجیم با قابلیت ارسال و دریافت دیتا علاوه بر صوت و تصویر را افزایش داده و امروزه یك كامپیوتر شخصی قابل حمل و یا یك تلفن همراه براحتی اطلاعات مورد نیاز(صوت، تصویر و دیتا) را دریافت و یا ارسال می دارد.

مزیتهایی نظیر تحرك پذیری، هزینه كم و نصب سریع تجهیزات، تعمیر و نگهداری آسان، توسعه و قابلیت انعطاف پذیری بیشتر آن در تعامل با استانداردها و پروتكل های مخابراتی، باعث افزایش بكار گیری سیستم های مخابراتی بی سیم و علاقه به توسعه و پیشرفت چنین سیستم هایی در دنیای مخابرات امروز شده است. از آنجایی كه هر مزیتی حتماً در مقابل محدودیت و معایبی بررسی می گردد سیستم های مخابراتی بیسیم نیز دارای محدودیتها و معایبی هستند كه از مهمترین آن می توان به ظرفیت كانال های مخابراتی در دستیابی به سرعتهای بالا اشاره نمود. در واقع استفاده بهینه از پهنای باند فركانسی در دسترس جهت سرعت بالای ارسال داده با در نظر گزفتن دو عامل قابلیت اعتماد برای بازسازی دوباره آن در طرف گیرنده و امنیت اطلاعات در كانال جهت جلوگیری از استفاده و دسترسی غیر مجاز، مبحثی تحت عنوان روشهای دسترسی چندگانه را تعریف مینماید. دسترسی چندگانه با استفاده از تقسیم فركانسی (FDMA)، تقسیم زمانی (TDMA) و تقسیم کد (CDMA)، از عمده ترین تكنیك های دسترسی چندگانه هستند.
روش دسترسی FDMA به عنوان اولین تكنیك دسترسی چندگانه در ساختار شبكه های بیسیم مورد استفاده قرار گرفت. در این تكنیك باند فركانسی مجاز به قسمت های كوچكتر تقسیم شده و هریك از زیرباندها به یك كاربر اختصاص داده می شود. در این تكنیك با توجه به میزان پهنای باند اختصاص داده شده به هریك از كاربران، ظرفیت شبكه تعیین می شود. این تكنیك دارای دو مشكل عمده می باشد. اولاً از پهنای باند به طرز مطلوبی استفاده نمی شود. ثانیاً در شرایط وجود فیدینگ در یك فركانس خاص احتمال از دست دادن یك كانال بطور كامل نیز وجود دارد. علیرغم سادگی سیستم های مبتنی بر FDMA، این نقاط ضعف باعث پائین بودن ظرفیت این تكنیك دسترسی چندگانه می گردد. اما از آنجا كه در ابتدای ظهور شبكه های مخابراتی بیسیم، به علت اینكه این شبكه ها تنها قادر به تبادل صوت و یا حداكثر صوت و دیتا بودند ظرفیت های موجود قادر به سرویس دهی به كاربران بوده و آهنگ ورود كاربران جدید به علت محدودیت و سادگی سرویس های ارائه شده در شبكه های مخابرات سیار چندان سریع نبوده است. از طرف دیگر با توجه به محدود بودن سرویس های ارتباطی موجود، اضافه شدن كاربران جدید تغییر شدیدی در ظرفیت مورد نیاز شبكه ایجاد نمی نمود. بنابراین روند افزایش تقاضا برای سرویس های مخابراتی با روند گسترش شبكه هماهنگ بود.
اما كم كم با توسعه و گسترش شبكه های بی سیم و ارائه سرویس هایی كه نیازمند ظرفیت های بیشتری بودند، نیاز به تكنیك های دسترسی چندگانه ایی كه قادر به ارائه ظرفیت بیشتری باشند، بشدت احساس شد.
با توجه به نقاط ضعف تكنیك FDMA، زمان زیادی از تولد این تكنیك نگذشته بود كه بسیاری از شركتهای مخابراتی به فكر استفاده از زمان ارسال در تفكیك سیگنال كاربران مختلف، افتادند. این تكنیك كه به TDMA معروف شد به علت رفتار بهتری كه در استفاده از پهنای باند و مقابله با فیدینگ در یك فركانس خاص از خود نشان می دهد، به عنوان جایگزین مناسب FDMA مطرح شد.
در این تكنیك با توجه به تعداد كاربران و حجم دیتای مورد ارسال، زمان به واحد هایی بنام time slot تقسیم شده و هر كاربر داده های خود را در بازه های زمانی مذكور ارسال می دارد. در این حالت علاوه بر اینكه استفاده مطلوبتری از پهنای باند فركانسی به عمل می آید، اثرات نامطلوب فیدینگ تنها متوجه یك كانال مخصوص نبوده و هرچند ممكن است كیفیت سیستم به مقدار جزئی كاهش یابد، ولی برخلاف FDMA هیچ كانالی بطور كامل خراب نمی شود. لذا این تكنیك قادر به ارائه ظرفیتی بالاتر از FDMA می باشد. البته باید گفت كه این برتری باعث استفاده از تجهیزات پیچیده تری نسبت به FDMA است.