موثر از مسیرهای چندگانه و مسیرهای بلوک شده

زمان رسیدن سیگنال دریافتی

دقیق
قابل استفاده برای 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 feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

وابستگی دقت به پهنای باند
امکان ایجاد خطا در محیط­های دارای مسرچندگانه و سیگنال بلوک شده

جدول۳-۱ : مقایسه روش­های مکان­ یابی رایج
فصل چهارم:
استفاده از فناوری فراپهن­باند برای سیستم­های مکان­یاب
استفاده از سیگنال­های فراپهن­باند برای مکان­ یابی:
بر اساس مطالعات انجام شده و آنچه در شکل زیر دیده می­ شود واضح است که سیگنال­های فراپهن باند دارای بهترین دقت فاصله­یابی نسبت به سایر فناوری­ها است [۲۱] .
لازم به ذکر است که معیار دقت در این نمودار باند پایین کرامر^[۴۷] می­باشد.
شکل ۴- ۱ : منحنی تغییرات باند پایین دقت مکان­ یابی بر حسب نوع سیگنال­های مختلفTOA [21]
در فصل سوم انواع روش­های مکان­ یابی بیان شد. روش اول که براساس قدرت سیگنال دریافتی مکان­ یابی انجام می­ شود دارای دقت مناسبی نبوده و از ویژگی اصلی سیگنال­های فراپهن­باند که تفکیک­پذیری زمانی در سیگنال­های دریافتی است، استفاده نشده است.
در تخمین موقعیت با بهره گرفتن از زاویه سیگنال رسیده نیاز به آرایه­ای از آنتن­ها مشهود است.
اما با توجه به دامنه بالای پهنای باند و عملکرد غیر همسان آنتن­ها در تمام پهنای باند پیچیدگی سیستم با بهره گرفتن از شکل­دهی پرتو زیاد می­ شود.
بنابراین اکثرا از روش سوم استفاده می­ شود و گیرنده­های همزمان در گره­های مرجع و هدف بر مبنای زمانی که سیگنال را دریافت می­ کنند، مکان­ یابی را انجام می­ دهند.
بنا براین با فرض انتشار موج در محیط با سرعت نور و زمان پرواز سیگنال می­توان نوشت:

سیگنال­های فراپهن­باند به علت پهنای باند زیاد و طول پالس کم، دارای قدرت تفکیک­پذیری زیاد در اجزای سیگنال رسیده از مسیرهای مختلف است.
بنا براین با استخراج زمان اولین سیگنال رسیده می­توان برد را بدست آورد.
با رجوع به مراجع می­توان دقت بردیابی را به صورت زیر نوشت [۲۲]و[۲۳] :

که در معادله بالا τ نمایانگر تخمین از زمان رسیدن سیگنال، β نمایانگر پهنای باند می­باشد.

شکل ۴- ۲ : منحنی تغییرات مینیمم دقت مکان­ یابی بر حسب توان ارسالی با بهره گرفتن از روش TOA
همانطور که در شکل نیز مشخص است دقت­هایی که با بهره گرفتن از این روش می­توان یافت در حدود سانتی­متر است.
روشی که برای مکان­ یابی با سیگنال­های فراپهن در شکل بالا استفاده شده است بر اساس اختلاف زمان پرواز سیگنال رسیده از دو گره مرجع است که به آن اشاره شد.
همانگونه که بررسی شد اندازه ­گیری­ها بر دونوع­اند. اندازه ­گیری­هایی که بین فرستنده و گیرنده با وجود دید مستقیم انجام می­ شود و اندازه ­گیری­هایی که با عدم وجود دید مستقیم بین فرستنده و گیرنده انجام می­ شود.
در مواردی که دید مستقیم بین فرستنده و گیرنده سیگنال وجود ندارد اولین سیگنال رسیده به گیرنده ممکن است ازمسیر­های انعکاسی سیگنال اولیه یا سیگنال عبوری از مانع مستقیم باشد.
در این موارد بنا به نوع ماده­ای که سیگنال از آن محیط عبور می­ کند تاخیرهای اضافه­ای به زمان طی شده سیگنال افزوده می­ شود. این زمان افزوده شده نیز به عنوان نوعی بایاس در محاسبات درنظر گرفته می­ شود. در اصول مکان­ یابی بر اساس سیگنال­های رادیویی چهار منبع برای آسیب به سیگنال ارسالی وجود دارد. اولین منبع تضعیف چند مسیره شدن^[۴۸] سیگنال است. بعد از آن نویز حرارتی، عدم وجود دید مستقیم اخیر و اضافه عبور سیگنال از موانع، سه منبع مهم برای تغییر در سیگنال اصلی می­باشد. سیستم­های فراپهن­باند توانسته ­اند مولفه­های ناشی از چند مسیره شدن سیگنال­ها را تشخیص داده و به نوعی این مشکل را حل نمایند. وجود نویز حرارتی یک عامل محدود کننده دقت اندازه ­گیری فاصله است که با افزایش فاصله نیز تاثیرش بیشتر و دقت قابل دسترسی را کمتر می­ کند.
یک مدل مناسب برای بررسی تاثیر واریانس خطای اندازه ­گیری فاصله به صورت تابعی از فاصله گره هدف تا گره مرجع در [۲۴]ارائه شده است.
سومین منبع خطا وجود مانع در مسیر سیگنال است. وجود مانع باعث می­ شود تا سیگنال پس از برخوردهای پی در پی به سایر موانع به گیرنده برسد که در نتیجه زمان طی شدن سیگنال بزرگتر از مقدار واقعی آن است.
شکل ۴- ۳: تاثیر دیوار بر روی سیگنال
آخرین منبع خطا در محاسبه فاصله­ی گره هدف و گره مرجع عبور سیگنال از مانع مستقیم است. با توجه به اینکه سیگنال­های فراپهن­باند قابلیت عبور از موانع را دارند، سیگنال بین گره فرستنده و گیرنده ممکن است بعد از عبور سیگنال از مانع باشد. در این صورت بنا به ماده­ای که سیگنال درطول آن طی می­ شود زمان عبور سیگنال با تاخیر مواجه می­ شود.
شکل ۴- ۴:تاثیر دیوار بر روی سیگنال
بنابراین وقتی که اولین سیگنال توسط گیرنده آشکار می­گردد زمان محاسبه شده توسط گیرنده تنها به زمان طی شدن سیگنال در محیط آزاد بین فرستنده و گیرنده نیست، بلکه زمان گذر سیگنال از مانع نیز به آن اضافه شده که این زمان به نوع ماده­ محیط انتشار وابسته است. این پدیده به دلیل انتشارآرام­تر امواج الکترومغناطیس در ماده از انتشار آن در فضای آزاد است.
این تاخیر اضافی به صورت تقریبی از رابطه­ زیر محاسبه می­گردد.
نفوذپذیری الکتریکی مانع و ضخامت مانع می­باشد .
در جدول زیر برخی از این مقادیر محاسبه شده ­اند:
جدول۴- ۱: مقدار بایاس و انحراف استاندارد برای پر کاربردترین موانع [۲۵]
بنابراین به طور کلی تاخیر ناشی از عبور سیگنال از ماده و همچنین تاخیر ناشی از عدم وجود سیگنال با دید مستقیم به عنوان یک خطای مثبت که قبلا به عنوان بایاس مطرح شد در کارایی سیستم­های اندازه ­گیری فراپهن­باند لحاظ می­گردند[۲۶] .
قبل از آنکه یک مدل ریاضی مناسب برای اندازه ­گیری­ها ارائه شود لازم است که مدل کانال استاندارد ۸۰۲.۱۵.۴a و روش­های آشکارسازی آن نیز ارائه گردد.
آشکارسازی سیگنال­های فراپهن­باند و بررسی مدل کانال در استاندارد ۸۰۲.۱۵.۴a