عنوان پایان‌نامه
طراحی یک آرایه آنتنی هوشمند برای کاربرد در ایستگاه پایه سیستم بی سیم تحت پروتکل ۸۰۲.۱۶ e IEEE
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-مخابرات-میدان
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده برق و کامپیوتر شماره ثبت: 1402;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 37490
- تاریخ دفاع
- ۰۷ اسفند ۱۳۸۶
- دانشجو
- سایه میرزایی
- استاد راهنما
- رضا فرجی دانا
- چکیده
- دراین پروژه، هدف طراحی یک سیستم آنتن هوشمند باآرایه وفقی برای ایستگاه پایه تحت پروتکل 802.16e است که بتواند ازمیان سیگنال های موجود، سیگنال هدف رایافته و با شکل دهی مناسب به پترن آنتن، شاخصه های ارتباطی رابهبودبخشد. در این استاندارد MSS های درحال حرکت موردتوجه قرارگرفته اند و ازمدولاسیون OFDM استفاده می گردد. عناصر آرایه، آنتن مایکرو استریپ انتخاب شده است زیرا دارای خصوصیات تشعشعی قابل توجهی است و ارزان، سبک و متنوع است و به راحتی ساخته می شود. این آرایه برای کار در فرکانس مرکزی 3.5GHz طراحی شده است. یکی از مشکلات عمده ای که در مورد الگوریتمهای کلاسیک شکل دهی پرتو وفقی وجود دارد، عدم توجه به تزویج متقابل میان اجزاء آرایه آنتنی می باشد که باعث می شود الگوی تشعشع حاصل از شکل دهی پرتو در عمل تفاوت زیادی با حالت ایده آل داشته باشد. در این پژوهش اثر تزویج متقابل میان اجزای آرایه مورد توجه قرار گرفته است. بادرنظرگرفتن این اثر، الگوهای تشعشعی فعال برای هرالمان به دست آمده است که درشکل دهی پرتو ازآنهااستفاده می شود. این الگوهای تشعشعی باتحلیل آرایه درنرم افزارHFSS وتحریک المان موردنظربا ولتاژ واحد وزمین نمودن بقیه المان ها بابارمنطبق حاصل می شوند ومقادیرمختلط آنها به ازای هریک درجه تغییردرزوایای ? و ? ذخیره می گردند. سپس ازاین الگوهای تشعشعی درشبیه سازی لایه فیزیکی استاندارد 802.16e استفاده می گردد. دراین شبیه سازی، کانال متحرک باJakes مدل می شود و اثرداپلر، چندمسیرگی ونویزلحاظ می گردد. ضمناً دوسیگنال تداخل هم فرکانس نیزدرنظرکرفته می شوند. ویژگی های کدکننده های کانال و سمبل های OFDM مطابق آنچه دراستاندارد ذکرشده است، می باشند. درابتدای هرفریم ارسالی، تعدادی سمبل سربار قرار دارد که درپرتوسازی به عنوان سیگنال مرجع ازآنها استفاده می گردد وبرای رسیدن به خروجی موردنظردرسیگنال مرجع الگوریتم های وفقی مختلف نظیرLMS وRLS و... به کارگرفته می شوند. ضمناً تعدادی زیرحامل پایلوت درهرسمبل OFDM وجود دارد که ازآنها می توان درتخمین کانال استفاده نمود. دراین پایان نامه، پیشنهاداتی جهت پرتوسازی درحوزه فرکانس وهمچنین حوزه زمان بادرنظرگرفتن تغییرات کانال ارائه شده است وعملکرد برای دومقدار پارامترداپلرو پراکندگی تأخیرمختلف با بررسی نرخ خطای بیت در گیرنده مورد مقایسه قرارگرفته است. درحوزه فرکانس، با به کارگیری الگوریتم های مناسب جهت تخمین کانال و به هنگام سازی وزنهای پرتوساز، سعی شده است تاتغییرات کانال وسیگنال های تداخلی ونویز به نحو مناسبی دنبال شود و این امر با به هنگام سازی وزنها پس از FFT در گیرنده ودر نظرگرفتن وزنهای متفاوت برای هر زیرحامل یا گروهی از زیرحاملها انجام می پذیرد. به این ترتیب، ویژگی انتخاب فرکانسی بودن کانال مورد توجه قرار می گیرد. درحوزه زمان نیز روشی ارائه شده است که درآن وزنها پیش از عملگر FFT به هنگام می شوند و به این ترتیب تنها یک عملگر FFT در گیرنده به کار می رود. ابتدا سه پرتوی مناسب از میان ده پرتوی موجود باوزنهای ازپیش تعیین شده براساس میزان همبستگی سیگنال خروجی پرتوساز با سیگنال مرجع انتخاب می گردند و سپس وزنهای مناسب جهت ترکیب سیگنال خروجی این سه پرتو به صورت وفقی و با در نظر گرفتن زیرحاملهای پوچ در هر سمبل برای مقابله با اثر داپلر به هنگام می شوند. این پرتوساز نیز دارای عملکرد قابل قبولی می باشد و در آن بار محاسباتی بسیار کاهش یافته است.
- Abstract
- The goal of this thesis, is to design a smart antenna array for Base station of IEEE 802.16e standard. The standard, supports mobility for the users and it applies OFDM in the physical layer. Complex excitation coefficients of the array elements are controlled adaptively to track the mobile user signal considering channel and interference variations. For this purpose, the selected antenna array configuration is a planar microstrip antenna array which is light, cheap and can be fabricated easily. This array is designed for operating at WiMAX licensed band of 3.5GHz. The mutual coupling among array elements is considered; thus making the beamformer robust against coupling effects. For this purpose, the complex active element patterns are evaluated by using the full wave analysis of the array in Ansoft HFSS, exciting each element with a unit voltage and terminating other elements by a matched load. These patterns are employed in simulating the physical layer of IEEE 802.16e standard. The mobile multipath channel is modeled by Jakes and the effects of Doppler and noise are considered. There are two co-channel interfering signals in the simulated environment. Channel coding and OFDM symbol generation is done as stated in the standard. Uplink preamble symbols are used as training sequence and the array weighting coefficients are updated adaptively to achieve the desired reference signal at the beamformer output applying algorithms such as LMS, RLS. Pilot subcarriers can also be applied for channel estimation during the transmission of data symbols in the frame. A number of new beamforming methods are proposed in both frequency and time domains and their performances are analyzed by obtaining the BER at the receiver for two different Doppler and delay spread parameters for the channel. In frequency domain, the weights are updated after FFT operation in the receiver. Channel estimation and adaptive beamforming algorithms are applied for tracking the channel, interference and noise variations. Different weights are considered for different subcarriers. A time domain beamforming method is also proposed in which the weights are updated before FFT operation; so only one FFT block is required at the receiver. At first, three proper beams among ten beams are selected according to the correlation of the beamformer output with the reference signal. Then, the adaptive weights for combining these three signals are updated applying null subcarriers for Doppler shift suppression. This method has a reasonable performance while the computational cost is reduced drastically.
