۱ متر

دره­های شهری

۵۰ سانتی متر

جدول۱-۱: کاربرد و دقت مورد استفاده برای انواع مکان­ یابی
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

همانطور که در این جدول دیده می­ شود اکثر کاربردهای مهم مکان­ یابی نیاز به دقت­های سانتی­متر تا حداکثر متر دارند.
از ویژگی­های سیگنال­های فراپهن­باند، قابلیت تفکیک سیگنال­ها از مسیرهای مختلف به­ دلیل باریک بودن پالس­ها است. قابلیت دیگر نفوذ و عبور از دیواره­ها و البته انتقال داده با نرخ­های بالا به دلیل پهنای باند وسیع است.
فصل دوم:
سیستم­های فراپهن­باند
سیستم­های فراپهن­باند
۱.۲ مقدمه
نیاز به یک مخابرات با قابلیت ارسال اطلاعات با نرخ بیت هر روز در حال افزایش است. یکی از روش­هایی که می­توان با بهره گرفتن از آن به این مهم دست یافت، استفاده از سیگنال­های فراپهن­باند است. اساس مخابرات فراپهن­باند برپایه­ی ارسال اطلاعات توسط پالس­های بسیار باریک (در حوزه­ زمان) که سطح انرژی پایینی دارند، می­باشد. بنابر ضوابط وضع شده توسط سازمان تنظیم مقررات رادیویی آمریکا^[۷]، سیستم­های مخابراتی فراپهن­باند می­توانند در باند فرکانسی ۳.۱ الی ۱۰.۶ گیگاهرتز (البته این رنج فرکانسی مخصوص کشور آمریکا می­باشد و در اروپا پایین­ترین فرکانس برای سیستم­های مخابراتی فراپهن­باند ۲.۴ گیگاهرتز می­باشد) کار کنند. برای اینکه یک سیگنال فراپهن­باند نامیده شود، حداقل یکی از خواص زیر را باید دارا باشد:
حداقل پهنای باندی معادل ۵۰۰ مگاهرتز داشته باشد.
رابطه­ زیر برای سیگنال فراپهن­باند صدق کند.

که درآن پهنای باند، فرکانس مرکزی، مینیمم و ماکزیمم فرکانس سیگنال ارسالی می­­باشند.
استفاده از این فناوری در زمینه ­های مخابرات بی­سیم روز به روز درحال افزایش است. برای پیشگیری از ایجاد تداخل با سیستم­های مخابرات موجود، سازمان تنظیم مقررات رادیویی آمریکا، توان تشعشعی ایزوتروپیک موثر مجاز^[۸](EIRP) را برای هر باند فرکانسی مشخص کرده است. با توجه به اینکه این باند بسیار وسیع است، این پهنای باند­ها برای کاربرد­هایی چون WSN و غیره اختصاص داده شده است. بنابراین استفاده از باند دارای محدودیت­های توانی برای کاربرد­های فراپهن­باند است. البته مرکز تنظیم مقررات در باندهایی در این محدوده که برای کاربرد­های خاص دیگر اختصاص داده شده و توسط شرکت­های سازنده ادوات خریداری شده نسبت به کاربران فراپهن­باند سختگیرانه­تر عمل کرده است.

شکل۲-۱: توان تشعشعی ایزوتروپیک موثر مجاز به­ازای باندهای فرکانسی مختلف [۳]
خواص سیگنال­های فراپهن­باند
همانطورکه بیان شد سیگنال­های فراپهن­باند انتخاب مناسبی برای ارتباطات پر سرعت بی سیم نیز می­باشند.
بنا بر تئوری شانون در یک کانال AWGN ^[۹] می­توان ماکزیمم نرخ ارسال داده را به صورت تابعی از پهنای باند B و نسبت سیگنال به نویز S/N نوشت.
در سیگنالینگ­های فراپهن­باند سیگنال به نویز، بسیار پایین است و به صورت خطی می­توان ماکزیمم نرخ ارسال داده را متناسب با پهنای باند B دانست.
از طرفی به دلیل ارتباط معکوسی که بین زمان و فرکانس وجود دارد، طول زمانی سیگنال­های فراپهن­باند بسیار کوتاه و پالس­های ارسالی بسیار باریک­ هستند و از مرتبه­های نانو ثانیه­اند. این ویژگی­های سیگنال­های فراپهن­باند می ­تواند خصوصیات زیر را برای این نوع سیگنال­ها در نظر گرفت.
خواص اصلی سیگنال­های فراپهن­باند عبارتند از:
پهنای باند بسیار زیاد
قابلیت ارسال اطلاعات با توان کم توسط آن­ها
توانایی ارسال اطلاعات با نرخ بیت بالا توسط آن­ها
مقاوم بودن نسبت به تضعیف­شدگی^[۱۰]
مقاوم بودن نسبت به پدیده­ چند مسیره^[۱۱]
ارزان بودن گیرنده و فرستنده
قابلیت مکان­ یابی دقیق (با دقت سانتی­متر) توسط این سیگنال­ها
این خواص موجب شده ­اند سیگنال­های فراپهن­باند در زمینه ­های مختلفی استفاده شوند، مثلا در زمینه­ رادارهای نظامی. ولی دراینجا بیشتر کاربردهای تجاری^[۱۲] سیگنال­های فراپهن­باند بررسی می­گردد[۴] . یکی از کاربردهای تجاری مهم سیگنال­های فراپهن­باند در شبکه ­های اقتضایی بی­سیم^[۱۳] می­باشد.
۳.۲ استاندارد ها در سیستم­های فراپهن­باند
ارسال اطلاعات با نرخ بالا (استاندارد IEEE 802.15.3a): در این کاربرد دو دستگاه می­توانند با بهره گرفتن از سیگنال­های فراپهن­باند به تبادل اطلاعات با نرخ ۱۰۰ Kbps (مثلا برای موس­های بی­سیم) تا ۴۸۰ Mbps (برای پخش مستقیم ویدیو و عکس و غیره از طریق بی­سیم) بپردازند. همچنین این فناوری کاربردهای چندرسانه­ای همانند اتصال مانیتورها به صورت بی­سیم نیز دارد، که توسط استانداردهای موجود همانند ۸۰۲.۱۱ و بلوتوس قابل پیاده­سازی نیستند.
ارسال اطلاعات با نرخ پایین (استاندارد IEEE 802.15.4a): در شبکه ­های حسگر که نیاز به نرخ ارسال بالایی ندارند (۵۰ kbps تا ۱ Mbps) استفاده می­ شود. برد ارسال در اینگونه شبکه­ ها در حدود ۱۰۰ متر می­باشد. از آنجایی که یکی از قابلیت ­های اساسی سیگنال­های فراپهن­باند، دقت زیاد آن­ها در مکان­ یابی (در حدود سانتی­متر) می­باشد، در این کاربرد بیشتر روی مکان­ یابی تمرکز می­ شود. قیمت ارزان دستگاه­های مورد استفاده در این کاربرد باعث رشد روز افزون آن در حوزه ­های مختلف مانند امداد و نجات، پیشگیری از آتش­سوزی جنگل­ها، کاربردهای امنیتی و غیره شده­است [۴].
۴.۲ مدولاسیون­ در سیستم­های فراپهن­باند
پارامترهای مهمی در انتخاب مناسب مدولاسیون برای سیگنال­های فراپهن باند نقش دارند، که می­توان به نرخ اطلاعات، پیچیدگی گیرنده و فرستنده، خواص طیفی سیگنال، مقاومت در برابر تداخل سیگنال­های باریک­باند، تداخل بین سمبلی، وضعیت خطا و غیره اشاره کرد. در سیستم­های فراپهن­باند پالسی مدولاسیون­های PAM^[14]، ^[۱۵]OOK و ^[۱۶]PPM معمولا استفاده می­شوند. در PPM باینری بیت ‘۱’ با یک پالس بدون تاخیر و بیت ‘۰’ توسط یک پالس با تاخیر نسبت به مرجع زمانی تعیین می­گردند. در این مدولاسیون می­توان از جابجایی­های مختلف پالس برای مشخص کردن سمبل­های مختلف استفاده کرد. رایج­ترین روش PPM، استفاده از روش سیگنالینگ متعامد می­باشد، که در آن هر سیگنال بر سیگنال شیفت یافته­اش عمود می­باشد. در PAM بیت­های ‘۱’ و ‘۰’ با یک سیگنال و تغییر فاز داده شده­­ی آن به اندازه ۱۸۰ درجه نشان داده می­شوند. در OOK با ارسال و عدم ارسال پالس، بیت­های ‘۱’ و ‘۰’ را مشخص می­ شود [۴] .