دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

“M.sc” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی برق – مخابرات

عنوان:

شبیه سازی و ارزیابی عملکرد سامانه های MC-CDMA در ارتباطات MIMO

برای رعایت حریم خصوصی اسامی استاد راهنما،استاد مشاور و نگارنده درج نمی شود

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

تلفیق سامانه های چند ورودی – چند خروجی و دستیابی چند گانه با تقسیم کد چند حاملی تحت عنوان MIMO MC-CDMA گزینه ای جدی جهت بکارگیری در سامانه های مخابرات بی سیم نسل چهارم محسوب می شود. با توسعه مدل یکپارچه ای از سیگنال که در سامانه های MIMO MC-CDMA چند نرخی بکار میرود، یک طرح آشکارسازی چندکاربره فضا – فرکانسی جدید در پیوند بالارو (فراسو) سامانه مذکور مطالعه می شود. بویژه گیرنده فضا – فرکانسی چند آنتنه ای که بر مبنای حداقل خطای میانگین مربع عمل کرده ودارای ابزار حذف دو رگه (متوالی / موازی) تداخل است (MIMO SF-MMSE/HIC) ساخته و پرداخته می شود که ترکیب کننده SF-MMSE را نیز به عنوان محصول جانبی به دست می دهد. پردازش سیگنال در این آشکار ساز جدید به طور توامان در دو حوزه فضا و فرکانس انجام می شود که حذف تداخل ناشی از کاربران همزمان را به دست می دهد. با استفاده از تخمین زیرفضا، پیاده سازی شبه کور کانال هایی که پژمردگی آهسته دارند معرفی می شود. همچنین اثر میانگذاری زیرحامل در سامانه MIMO VSF MC-CDMA مطالعه می گردد. بر اساس تابع مشخصه یک بردار تصادفی با متغیرهای گوسی مختلط، روشی جهت تحلیل عملکرد احتمال خطای بیت ارائه می شود. نتایج نشان می دهد که در سامانه ای با بار کامل کاربر، گیرنده MIMO SF-MMSE/HIC عملکردی مشابه حالت تک کاربره نشان داده و طرح های MIMO MC-CDMA چند کدی و VSF به عملکرد شبیه هم می رسند. همچنین در نتیجه استفاده از چیدمان آنتنی 2*2 با کدگذاری الموتی، بهره عملکرد قابل توجهی نسبت به چیدمان 2*1 به دست می آید.

مقدمه

دستیبابی چندگانه با تقسیم کد چند حاملی (MC – CDMA) که ترکیبی کارآمد از چند تافتی با تقسیم فرکانس متعامد (OFDM) و CDMA بوده و سمبل های داده را در حوزه فرکانس کسترده می سازد به نرخ بالای داده و قدرت پوشش بالا در مقابل خطا دست می یابد. این روش مزیت های تحسین آمیز دیگری مانند استخراج چندگانگی شبه بهینه از چند مسیرگی، اجتناب از تداخل میان سمبلی (ISI)، بهره برداری کارا از پهنای باند و انعطاف در تولید نرخ داده های گوناگون نیز به همراه دارد. از طرف دیگر استفاده از تکنیک MIMO، امکان دستیابی به گذردهی بالا و پیاده سازی چند تافتی فضایی یا همان مقاوم سازی پیوند مخابراتی را با استفاده از کدگذارهای فضا – فرکانس، فضا – زمان یا فضا – زمان – فرکانس فراهم می سازد. بنابراین می توان پیش بینی کرد که ترکیب این دو تکنیک تحت قالب سامانه های CDMA – MIMO MC یکی از اصلی ترین گزینه های مورد نظر در مخابرات بی سیم باند گسترده نسل چهارم محسوب شود.

همان گونه که از سیمای چند وجهی سامانه MIMO MC – CDMA مشاهده می شود، قابلیت های ذاتی آن پرشمار بوده و از نحوه کدگذاری در فضا، زمان و فرکانس تا تخصیص انواع کدهای گسترده ساز و تولید نرخ داده های متفاوت را در بر می گیرد. در عین حال به سبب تنوع پراکندگی داده ها در بستر سمبلهای زمانی متوالی، فرکانس زیر حاملهای مجاور، آنتن هایی با همبستگی مکانی و زمانی، مسیرهای مختلف متغیر با زمان ناشی از کاربر سیار و کاربران متعدد یک سامانه مخابراتی، نقاط ضعف بالقوه ای نیز ازدل پیچیدگی های سامانه MIMO MC – CDMA پدیدار می شود که شامل تداخل ناشی از سایر کاربران، سایر زیر حاملها و حتی سایر آنتها، انحراف فرکانس حامل (CFO) و نسبت بالای اوج به متوسط توان (PAPR) است. بنابراین صورت بندی اهم فرصتها و تهدیدهای پیش رو در این سامانه و تحلیل و ارزیابی آنها تحت شرایط و پارامترهای مختلف، مباحثی هستند که خط سیر این پایان نامه را تشکیل داده اند.

تاریخچه مختصری از سامانه OFDM به همراه معرفی نسبی مزایا و معایب آن، معرفی CDMA و مقایسه آن با سایر سامانه های دستیابی چند گانه و همچنین توضیحات مقدماتی در باب ظرفیت سامانه MIMO، یعنی هر سه مولفه سامانه اصلی در فصل اول تحت پوشش مناسب قرار گرفته است.

ساختار سامانه MC – CDMA در ابعاد گوناگون و عملکرد آن در شرایط مختلف موضوع فصل بعدی است. در بخش اول آن ، ساختمان فرستنده ها و گیرنده های MC – CDMA و MC – DS – CDMA و MT – CDMA مورد بحث قرار می گیرد. سپس در بخش دوم کدهای گسرده ساز در دو قالب کدهای شبه نویز و کدهای متعامد معرفی می شود و بخش سوم عملکرد سامانه های MC – CDMA را در محیطهای همزمان مورد بررسی قرار می دهد.

تحلیل جنبه های مختلف سامانه MIMO MC – CDMA در فصل سوم انجام می شود. نخست، کدگذاری فضا – فرکانس لایه دار و طراحی گیرنده بر مبنای این کدگذاری انجام می شود. اثرات عدم توازن پارامترها و بویژه PAPR موضوع بخش دوم فصل سوم را به خود اختصاص می دهد و در انتها، عملکرد و ظرفیت سامانه STBC MC – CDMA غیر همزمان با وجود انحراف فرکانس حامل، پایان بخش این فصل می باشد.

فصل چهارم در بردارنده موضوع اصلی پایان نامه میباشد که شبیه سازی نیز بر مبنای آن انجام شده است. علاقه به خدمات بی سیم با نرخ داده بالا مانند داده، تصویر و ویدیو بدان معناست که سامانه های مخابراتی سیار نسل بعد بایستی به نحوی کارآمد از عهده ترافیکی نامتجانس برآیند. برای رسیدن به سامانه ای که خدمات انواع مختلف ترافیک را به صورتی کارا به انجام برساند توسعه سامانه ای که به صورتی یکنواخت و هموار با چندین نرخ داده کار می کند ضروری است. تاکنون طرحهای چند نرخه مختلفی مانند طرحهای جایگذاری شده طیفی و جایگذاری نشده طیفی در سامانه های MC – CDMA مورد کاوش قرار گرفته اند. همچنین طرحهای ML و آشکارسازی خطی بکار برده شده اند اما چنانکه پیش از این دانسته می شد، ML پیچیدگی محاسباتی قابل ملاحظه ای دارد که کاربردش را محدود می کند. گیرنده های خطی نیز جهت تضعیف و کاهش تداخل دستیابی چند گانه (MAI) در سامانه ای با بار زیاد کاربر چندان نیرومند نمی باشند. بنابراین تمرکز هدف در این پایان نامه به تحلیل گیرنده های کارا برای سامانه های MIMO MC – CDMA چند نرخی معطوف می باشد.

همانند سامانه های CDMA دنباله مستقیم، چندین راهبرد چند تافتی جهت طراحی یک سامانه چند حاملی چند کاربره چند نرخه وجود دارد. سر راست ترین راه، اختصاص چند کانال مخابراتی به صورت موازی به کاربرانی با نرخ بالاتر یا به بیان دیگر چند دنباله گسترده ساز به این کاربران می باشد (MC – CDMA چند کدی). گزینه دیگر استفاده از تکنیک ضریب گسترنده متغیر (VSF) میباشد که در آن به تمامی کاربران پهنای باند مشترک و تعداد زیر حامل مشابهی تخصیص یافته اما بهره پردازش کاربران نرخ بالا کوچکتر از کاربران نرخ پایین بوده و لذا نسبت به کاربران نرخ بالا توان ارسال سمبلهای کمتری را در یک سمبل OFDM دارند.

با توجه به محدودیت آشکار ساز ML، انواع مختلفی از آشکار سازهای خطی MMSE تحقیق شده اند. همچنین گیرنده های دارای حذف تداخل متوالی (SIC) یا موازی (PIC) نیز تاکنون مطالعه شده اند. علاوه بر ساختارهای مذکور، تکنیک های آشکارسازی غیر بهینه ولی دقیق دیگری نیز وجود دارد که پیچیده تر می باشند. مثلاً الگوریتم فینک – پست (کد گشایی کروی) برای کدهای مشبک در کاناهای پژمردگی ریلی و گوسی توسعه داده شده است. با این حال ضعف اصلی کدگشایی کروی ناپایداری آن در اندازه لیست می باشد. همچنین کاربرد آشکارسازی کروی در منظومه ای با مدولاسیون غیر صحیح چندان سر راست نیست. نیز در این کدگشایی الگوریتم ساده ای برای تشخیص شعاع کره جستجو وجود ندارد چرا که تعداد کاربران فعال، سطح نویز و نقایصی چون خطای تخمین کانال در آن موثر است. بنابراین در فصل چهارم بیشترین سهم به توسعه یک گیرنده SF – MMSE / HIC در پیوند فراسو سامانه MIMO MC – CDMA چند نرخه داده شده است. سهم دیگر متعلق به تحققی جدید از گیرنده SF – MMSE / HIC وفقی شبیه بینا می باشد که دو موضوع کلیدی یعنی تخمین شبه کور کانال MIMO MC – CDMA چند نرخه و فرو نشانی تداخل به صورت وفقی کور را هدف گیری کرده است. چون رویکردهای کور نمی توانند بر ابهام ضریب مختلط کانال فائق آیند سمبلهای راهنما به کار گرفته می شود که این خود به روش شبه کور منجر می شود. برمبنای مدل یکپارچه سامانه که شامل هر دو طرح چند کدی و VSF می شود، تخمین کانال به انجام می رسد. بعلاوه جهت دستیابی به بهره چند گانگی بیشتر، ایجاد مشخصات مختلف در زیر حاملهای متفاوت که حامل سمبل داده یکسانی هستند بوسیله میانگذاری زیر حامل به انجام می رسد.

نتیجه گیری نهایی و جمع بندی تحقیق حاضر به همراه پیشنهادات مرتبط با توسعه ایده ها در زمینه سامانه قدرتمند MIMO MC – CDMA نیز حسن ختام این پایان نامه است که در فصل پنجم تنظیم شده است.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

لینک بالا اشتباه است

برای دانلود متن کامل اینجا کلیک کنید

       

:: بازدید از این مطلب : 409