تهیه کننده : احسان صابری

صابری : احسان کننده تهیه

از استفاده مشکالت و OFDM تکنیکمزایاهوشمند سیستمدر (COGNITIVE RADIO) رادیو

استاد راهنما : دکتر محمد جواد امیدی

اصفهان صنعتی دانشگاه

کامپیوتر و برق مهندسی دانشکده

افزاری : نرم رادیو درس عنوان

89بهار

دانشگاه صنعتی اصفهان - دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر

2

چکیده

مقدمه چراOFDM برای رادیو هوشمند مورد

مناسبی است Spectrum Sensing Spectrum shaping Adapting to the Environment Multiple Accessing And Spectral Allocation Interoperability


3

مقدمه

مالتي پلكس ارس5ال همزم5ان چن5د س5يگنال پي5ام روي ي5ك كان5ال واح5د را م5التي پلكس گوين5د

:مالتي پلكس به دو روش كلي صورت می گیرد FDM مالتي پلكس با تقسيم فركانس : TDM مالتي پلكس با تقسيم زمان :

مدوالسيونMulti Toneاستفاده Tone Multiدر گذشته در صنايع نظامي از نوعي مدوالسيون به نام

( Sub Carrierحامل) يك بازه فركانسي را به چندين زيرکه مي شد های این عمل عبارتند از:ند. مزيت نتقسيم مي ك

انتقال سريعتر اطالعات و در نتیجه موازي اطالعاتارسال ،با از دست رفتن يك يا چند زير یعنی غلبه بر محو شدگي فركانس انتخابي

حامل، تمام اطالعات از بين نمي رود و مي توان براي تصحيح اين زير حامل ها از كد گذاري تصحيح خطا استفاده كرد


4

مقدمه

مدوالسیون تقسیم فرکانسی متعامد(OFDM) multiplexing( )Orthogonal frequency division

در واق5عOFDM م5دل تص5حيح ش5ده مدوالس5يون Multi Tone مي باش5د و ب5دين ص5ورت ك5ه زي5ر حام5ل ه5ا دو ب5ه ، م5زيت آن بحث تعام5د در آن مي باش5د

دو با يكديگر متعامد هستند.5ص5ورت متعام5د انج5ام مي هاين مدوالس5يون عملي5ات م5التي پلكس5ينگ را ب

.دهد روبروهمانطور که درشكل

OFDMمشاهده می شود در

درصد در پهنای باند 50

صرفه جویی شده است.


5

مقدمه

،هوش5مند رادی5و سیس5تم اس5تفاده از پهن5اي بان5د ب5ه ص5ورت در اس5تفاده کنن5ده را ق5ادر این سیس5تم ،فرص5ت طلبان5ه مي باش5د.

مي سازد که مش5خص کن5د ک5ه چ5ه بخش5ي از پهن5اي بان5د آزاد اس5ت و در بخش

ه5ايي از فرک5انس ک5ه متعل5ق ب5ه اس5تفاده کنن5دگان مج5از مي بتوان5د حض5ور اس5تفاده کنن5دگان مج5از ت5ا باش5د، فع5اليت مي کن5د

( Spectrum sensing. )را تشخيص دهد توان555ايي انتخ555اب به555ترين کان555ال موج555ود( spectrum

management). هماهن55گ ک55ردن دسترس55ي ب55ه اين کان55ال ب55ا س55اير اس55تفاده

(. spectrum sharingکنندگان ) تخلي55ه ک55ردن کان55ال در ص55ورت ورود اس55تفاده کنن55دگان مج55از

(spectrum mobility.) در اين سيس5تم ه5ا ب5راي عملک5رد به5تر الزم اس5ت ک5ه ت5ا ح5دي از

معم5اري الي5ه اي ع5دول ک5رده و الي5ه ه5ايي مختل5ف ارتب5اط ه5اي بيشتري با همديگر داشته باشند


6

مقدمه

Cognitive radio نمون5ه اي از مخ5ابرات بي س5يم ک5ه در آن را میت5وان ب5ه عن5واني5ک ش5ب5که5 ي5ا ي5ک 5ن5ود5 5بي س5يم 5پار5امتره5اي5 5ارس5ال 5ي5ا د5ري5افت5 5خ5ود 5را تغي5ير 5مي ده5د

،5 5ت5عری5ف ک5ر5د. ت5ا5 5ا5ز5 ت5د5اخ5ل5 ب5ا5 اس5تفاد5ه 5کن5ن5دگ5ان5 مج5ا5ز ي5ا غ5ي5ر5 م5ج5از ج5لوگ5ي5ر5ي 5ش5ود:تعريف5 دو 5و5يژگي ا5سا5سي 5برا5ي ا5ين5 راديو مي 5ت5وان د5ر نظر گرف5تای5ن ب5راس5اس

وي5ژگي ن5اظر ب5ر توان5ايي رادي5و در بدس5ت آوردن اطالع5ات از محي5ط پ5يرامون خ5ود مي 5بخش ه5ايي ا5ز 5بان5د ف5رکان5س5ي5 را ک5ه 5در ز5م5ان دب5ا5 اس5تفا5ده ا5ز ا5ين وي5ژگي مي5 5توان5 ک5ه 5ب5اش5د5

و ب5ه هه5ا5 و م5ک5ان ه5ا5ي م5ش5خص5 5ب5ه ص5و5رت اس5تفا5د5ه نک5ر5ده و5ج5ود5 دارن5د5 را5 شناس5ايي ک5رد5د.ندن5بال آن5 بهترين5 پهناي با5ند و 5پارامتر5 هاي 5متناظر ر5ا مشخص ک5

توان5ايي را ب5ه رادي5و مي ده5د ک5ه ب5ه ص5ورت دين5اميکي متناس5ب ب5ا تغي5يرات دیگ5ر اینوي5ژگي محي5ط 5اط5ر5اف بر5نام5ه ري5ز5ي ش5و5د و پ5ارام5تر ه5اي خ5ود را 5تغي5ير ده5د. 5ب5ه عب5ارت ديگ5ر رادي5و دار5اي تو5ان5ايي5 برن5ام5ه ري5ز5ي ش5دن 5ب5راي ارس5ال و5 دري5افت د5ر فر5ک5انس5 ه5اي5 مختل5ف مي

باشد. رادي5و را ق5ادر مي س5ازد ک5ه ب5ا توج5ه ب5ه تخص5يص وس5يع پهن5اي بان5د ف5وق دو وي5ژگي

ب5ه5 اس5تفا5ده 5کنن5دگا5ن م5خ5تل5ف ب5ه ص5و5ر5ت ث5ابت، 5از 5اين5 5بان5د5هاي فرک5انس5ي ب5ه ص5ورت مشت5رک با استفا5ده 5کنن5دگان م5جاز ا5ستفا5ده کنند


7

برای رادیو هوشمند مورد OFDMچرا مناسبی است

اص55ول دری55افت ک55ردن و امکان55ات ش55کل دهی طی55ف درOFDM، بعالوه�� ش55اید را ب55ه عن55وان به55ترین OFDMانعط55اف پ55ذیری و ق55ابلیت تط55ابق،ِِِِِِِِِِِِِِ

ک5ردهتکنول5وژی ارس5ال پی5ام ب5رای سیس5تم ه5ای رادی5و هوش5مند مع5رفی است.

و توضیح کرده در ادامه تعدادی از نیازمندیهای رادیو هوشمند را ارائه. این چگونه میتواند این نیازمندیها را برآورده کند�OFDMمیدهیم که

عبارتند از:نیازمندیها Spectrum Sensing Spectrum shaping Adapting to the Environment Multiple Accessing And Spectral Allocation Interoperability


8

Spectrum sensing

ن آیکی از مهم5ترین عناص5ر در مفه5وم رادی5و هوش5مند توان5اییب5رای ان5دازه گ5یری و حس ک5ردن و آگ5اهی ی5افتن از ش5رایط مهم

عملیاتی است گ55ره ه55ا و ، ک55اربران ،سیس55تم بای55د آگ55اهی از نیازه55ای م55ا

سیاس5ت ه5ای محلی و دیگ5ر مح5دودیت ،تاسیس5ات ث5ابت ش5بکه های عملیاتی داشته باشد.

در سیس55تمهایOFDM تب55دیل از ح55وزه زم55ان ب55ه ح55وزه ( تب5دیل فوری5ه س5ریع) انج5ام می FFTفرک5انس ب5ا اس5تفاده از

کوش5د ت5ا وج5ود گیرن5ده میFFT ب5ا اس5تفاده از خ5روجی ،پ5ذیردکاربر اولیه را در باند تشخیص دهد

بلیت م5دار بن5دیاق5،در این الگ5وریتم حس ک5ردنFFT در سیس5تم ب5اعث آس5ان ش5دن ش5رایط الزم ونیازمن5دیها در OFDMه5ای

س5خت اف5زار میش5ود .عالوه ب5ر این نیازمن5دیهای محاس5باتی در الگ5وریتم ه5ای حس ک5ردن طی5ف ک5اهش می یاب5د زی5را گیرن5ده قبال ب5رای تب5دیل ک5ردن س5یگنال دری5افت ش5ده ب5ه ح5وزه فرک5انس

استفاده کرده است.FFTشکار سازی داده از آبرای


9

Spectrum shaping

برای ک5اربران هوش5مند داش5تن ی5ک پوش5ش طی5ف انعط5اف پ5ذیرو کن555ترل ب555ر پارامتره555ای ش555کل م555وج مث555ل پهن555ای بان555د

اس5ت. مطل5وب بس5یارس5یگنال ،س5طح ت5وان وفرک5انس می5انی ، ب55ه دلی55ل خاص55یت منحص55ر ب55ه ف55رد OFDMسیس55تم ه55ای

سیگنالینگ خود می توانند این انعطاف پذیری را انجام دهند. تنظیم زی5ر حام5ل ه5ا، س5یگنال ن5اتوان س5اختن باOFDM میتوان5د

ب5رای پوش5ش طی5ف دلخ5واه و مناس5ب وم5ورد نی5از ش5کل دهی طیف را تطابق بدهد وشکل دهی را انجام دهد.

مث55الی از حس ک55ردن طی55ف و ط55رز عملک55رد ش55کل دهی در نش5ان داده زی5ر در ش5کل OFDMسیس5تم هوش5مند مبت5نی ب5ر

شده است.


10

Spectrum shaping

دو کاربرد اولیه با استفاده از خروجیFFT تشخیص داده شده اند و زیر حامل هایی که می توانستند باعث تداخل با این

کاربران اولیه شوند، خاموش شده اند. سپس فرستنده از قسمت خالی طیف برای فرستادن سیگنال استفاده می کند


11

Adapting to the Environment

وفق دادن و قابلیت تطابق یکی از نیازمندیهای کلیدی برای رادیو هوشمندردن اطالعات گردآوری شده )آگاهی( ،با ک تلفیقاست که به وسیله

جاری ، می تواند شناسایی ازامکانات و محدودیت های سیستم هایوظایف گوناگونی را انجام دهد.

رادی5و هوش5مند می توان5د ش5کل م5وج خ5ودش را ب5رای فع5الیت ب5ا دیگ5ر وس5ایل تط5ابق ده5د.همچنین بیش5ترین کان5ال ارتب5اطی مناس5ب و رد نظ5رارتب5اطی م5و

و به55ترین فرک55انس ب55رای ردهب55رای ارس55ال ک55ردن انتخ55اب ک55را شایس55ته فرستادن در باند آزاد از طیف را به خود اختصاص دهد.

OFDM ی5ک ح5د ب5زرگی از انعط5اف پ5ذیری در این موض5وع را پیش5نهاد می کن5د بطوریک5ه رنج تع5دادی از پارامتره5ا ب5رای تط5ابق و س5ازگاری ک5امال وس5یع

هستند.یک سیستم مبتنی بر OFDM ، می تواند مرتبه مدوالسیون ، کد کردن

توان فرستنده از هر زیر حامل را با توجه به نیاز کاربر یا شرایط کانال بصورت توافقی تغییر دهد

یافتن به هدفهای مختلفی مثل این تخصیص توافقی می تواند برای دست BER)Bit Errorافزایش عملکرد سیستم، کاهش نسبت خطا

Rate(باشد. ،محدودیت تداخل برای کاربر اولیه ، افزایش پوشش


12


برای اجتن55اب ک55ردن ازISI سیس55تم ی55ک پیش55وند چرخش55ی، CP)Cyclic Prefix( ب5ه ه5ر س5یمبل می افزای5د ک5ه م5دت آن از م5اکزیمم انتش5ار ت5اخیر

کانال بیشتر است. پیش5وند چرخش5ی ) )اینCP( ب5ه عن5وان زم5ان محاف5ظ Guard Interval )

(GI ب5ه وس5یله ک5پی ک5ردن کس5ری از ط5ول س5مبل مفی5د در ابت5دای س5مبل )استفاده می گردد


13


باتوج5ه ب5ه تخمین زدن پارامتره5ای کان5ال ، سیس5تم رادی5و هوش5مند مبت5نی ب5ر 5 OFDM 5 می توا5ن5د 5ب5ه5 5ص5و5رت 5ت5وا5فق5ی5 5ط5ول 5پ5ی5ش5وند 5چرخ5ش5ی 5را5 5ب5رای

و داش5ت5ن م5ا5کزیم5م خ5رو5جی 5ب5رای س5یس5ت5م ، 5تغی5یر ISIح5ف5ظ 5س5یگ5نال5 ب5دون 5دهد.

بط5ور مش5ابه ، ی5ک سیس5تمOFDM می توان5د ب5ه ص5ورت ت5وافقی فاص5له )ICI )Intercarrier Interferenceزیر5حام5ل ه5ای 5خ5ود5 را 5ب5رای ک5ا5هش

-PAPR)Peak-to-Averageی55ا5 نس55ب5ت ت55وان5 پی55ک ب55ه5 ت55وا5ن م5توس55ط 5 PowerRatio(تغییر دهد ، .

تط55ابق در سیس55تم ه55ایOFDM می توان55د در س55طح الگ55وریتم ه55ا ی55ا س سیس55ت5م ه55ای بی س55یم 5، پارا5متره55ای پا5رامت5ره55ا اج55را ش55ود. د5ر کال5

، 5معم5وال ب5را5ی بهی5ن5ه س5ازی ارس5ال گ5ذاری ک5دن5رخالگ5و5ریت5م بعن5و5ان نمون5ه 5 شود.تطبیق داده می

برای بدس5ت آوردن این چ5نین تط5ابقی ، ی5ک پایگ5اه س5خت اف5زاری دارایمورد نیاز است،توانایی پیکر سازی کامل


14

Multiple Accessing And Spectral Allocation

من5ابع قاب5ل دس5ترس ب5رای سیس5تم هوش5مند بای5د در بین کاربره5اب5ه اش5تراک گذاش5ته ش5ود. چن5دین تکنول5وژی ب5رای انج5ام این ک5ار

د.می تواند استفاده شوOFDM مش5هورترین تکنول5وژی ه5ای دس5تیابی چندگان5ه مانن5د

زیر را پشتیبانی می کند: چندگانه هایدستیابی frequency-division multiple accessing )FDMA(time-division multiple access )TDMA( carrier-sense multiple accessing )CSMA( عالوه ب5555ر اینcode division multiple access

)CDMA( می تواند به همراهOFDMبه کار برده شود .


15

Multiple Accessing And Spectral Allocation

Orthogonal Frequency-Division Multiple Access ی5ا OFDMA می باش5د ک5ه ب5ه ت5ازگ5ی م5ورد تو5ج5ه ق5رار5 گرفت5ه FDMAی5ک نمون5ه وی5ژه5 از 5

.است درOFDMA زی5ر حام5ل ه5ا در دس5ته ه5ایی گ5روه بن5دی ش5ده ان5د ک5ه ه5ر ک5دام

ب5ه ک5ار5ب5ره5ای 5مخ5تلفی 5و5اگ5ذا5ر ش5ده5 اس5ت5.5 زی5ر5 حا5م5ل5ه5ا5 بص5و5رت5 ت5ص5ادف5ی ی5ا ب5ه صو5رت 5چند5ت5ای5ی د5ر5 کنار5 5 یک5دیگ5ر می5 ت5وانن5د استفا5ده شون5د.

از ای5نروOFDMA ب5دون اف5زودن س5خت اف5زاز پیچی5ده ای دس5تیابی چندگان5ه اس5ت5بس5یارم5نعطف5 و ق5ابل5یت اخ5تص5ا5ص طی5ف5 ب5رای ر5ادی5و هوش5مند5ی را

پیشنهاد و فراهم می کند. تخص5یص زی5ر حام5ل ه5ا می توان5د برطب5ق طی5ف قاب5ل دس5ترس تنظیم ش5ده

ب5رای تکنی5ک ه5ای OFDMباش5د.ان5عطاف پ5ذیری و پش5ت5یبانی از 5سیس5تم ه5ای د5س5تیاب5ی چندگان5ه م5ت5ف5اوت5 5، ق5ابلی5ت هم5ک5اری 5قس5متها5ی5 مختل5ف و 5همچ5نین تس5ر5یع در 5پ5ذیرش را5دی5و هوش5من5د در 5س5یس5تم ه5ای5 5بی س5یم آ5ین5د5ه را ف5راهم

می نماید


16

Interoperability

قابلیت همکاری قسمتهای مختلف ، توانایی دو یا چند سیستم یااجزا برای انتقال و مبادله اطالعات با یکدیگر و استفاده از

اطالعات انتقال داده شده است ،برای بدست آوردن قابلیت های همکاری بین دستگاه هاOFDM

با OFDMیکی از بهترین کاندیداهای سیگنالینگ است.سیگنالینگ موارد زیر استفاده موفقیت کامل در تکنولوژی های متفاوت شامل

شده است. IEEE 802.11a and IEEE 802.11g wireless local area

network )LAN( standards digital video broadcasting )DVB( digital audio broadcasting )DAB( WiMAX


17

Interoperability

OFDM در سیس5تم ارتباط5ات رنج کوت5اه و رنج بلن5د ب5ه ک5ار ب5رده ش5ده به5ره م5ی ب5رد ، OFDMا5س5ت.از5 ای5نرو 5سیس5تم ر5ادی5و هو5ش5مند 5ک5ه از5

ب5ه5 س5هولت ا5رتب5اط OFDM5می ت5وان5د ب5ا 5دیگ5ر5 5سی5س5ت5م ه5ای 5مب5ت5ن5ی 5ب5ا برقرار کند.

اگرچ5ه ب5رای اینک5ه این ک5ار م5وفقیت داش5ته باش5د،سیس5تم بای5د هم5هاس5تاند5اردها ،نیازه5ای م5رب5وط ب5ه رم5زگش5ایی 5س5یگنا5ل ب5رای 5زیرحام5ل

را بش5ناسد. رخو ن5گذ5اری 5های فر5کان5سی ، ساخت5ار فر5یم و نو5ع کد در درج5ه بس5یار مهم5تر ، مداربن5دیRF سیس5تم رادی5و هوش5مند بای5د

انع5ط5اف پ5ذ5یری 5ک5افی ب5رای ت5ط5بیق د5ادن بان5دهای 5س5یگنال5 و فرک5انس میانی مختلف را داشته باشد.

در نتیج5ه رادی5و هوش5مند بای5د پ5یرامون س5اختار و معم5اریSDR س5اخته ب5ش5ود ت5ا 5نیاز5ه5ایی ب5ا5 ق5ابل5یت 5انعط5اف پ5ذی5ری ب5االی س5یس5تم را 5ف5راهم

.کند

18

بزرگترين عامل پيشرفت انسانها، پشتكار وجديت است نه هوش

با تشکر از بذل توجه شما عزيزان

Documents

تهیه کننده : احسان صابری