بخشی از مقاله
1. چکیده
امروزه رویکرد وسیعی برای بهرهگیری از تلویزیون دیجیتال ایجاد شده-است. درحالی ما وارد قرن 21 میشویم که تلویزیون دیجیتال جزء لاینفک شاهراه اطلاعاتی هزارهی جدید میباشد. علت این امر آن است که تلویزیون دیجیتال میتواند مقادیر فراوان اطلاعات را با کمترین هزینه به بیشترین تعداد بینندگان تحویل دهد. هماکنون میتوان تلویزیون دیجیتال را کاملا در کنار دیگر شبکههای انتقال دیجیتال قرار داد و یا ادغام نمود و حتی میتوان آن را به صورت بستهی اطلاعاتی درآورد چنانکه پیش از این چنین امکانی وجود نداشته است.
تلویزیون دیجیتال در مقایسه با تلویزیون آنالوگ سنتی میتواند تعداد برنامههای زیادتری را روی هر محیط انتقالی ارسال نماید زیرا اطلاعات دیجیتال را میتوان با روشهایی که هرگز در تلویزیون آنالوگ امکانپذیر نبوده پردازش و دستکاری نمود. ذخیرهسازی تصاویر دیجیتالی روی کامپیوترها و دیسکها و پخش مستمر آنها روی شبکههای دیجیتال بدون هرگونه افت و اتلاف سیگنال بهسادگی امکانپذیر شدهاست. تصاویر میتوانند ویرایش و بهبود کیفیت داده، فشردهسازی و ذخیرهسازی شده و همچنین ارسال و چاپ گردند.
با نمایش تصاویر به صورت ارقامی به دودویی 0 - و - 1 تلویزیون دیجیتال دارای انعطافپذیری بسیار بالایی در چگونگی استفاده از اطلاعات دارد. ارسال سیگنالهای تلویزیونی در شکل آنالوگ نیازمند مدارهای اختصاصی هستند که در فرمت دیجیتال می-توانند با مکالمات تلفنی و دادهی کامپیوتری مخلوط شده و سپس روی شبکههای مخابراتی برای پخش ایستگاههای راه دور ارسال گردند. همچنین برنامهها میتوانند روی دیسکهای سخت کامپیوتر ذخیره شده و همزمان بنابه تقاضای یک بیننده برای ارسال بازیابی شوند. ارسال عناصر چندرسانهای - صدا، تصویر و داده - در فرمت دیجیتال به مشتری این امکان را میدهد که با استفاده از فناوری ارزان و در دسترس رایانههای شخصی به ذخیرهی محتوی آنها بپردازد. یک دیسک سخت کامپیوتر میتواند یک فیلم را ذخیره کرده وبا راههای جدید بازیابی و پردازش کند.
پرواضح است این نوآوریها نشاندهندهی یک تغییر انقلابی در پخش سنتی آنالوگ میباشد. برای فائق آمدن برمسائل اجرایی و اطمینان از سازگاری استانداردهای گوناگون با یکدیگر بسیاری از سازمانهای بین-المللی جهت حل و فصل مسائل مهندسی و تعیین چارچوب و استانداردهای لازم برای پیادهسازی تلویزیون دیجیتال فعال هستند
1DVB فناوری ارسال تصاویر بر پایه استاندارد 2MPEG-2 است که تحت عنوان تلویزیون دیجیتال مدتی است در چندین کشور جهان مورد استفاده قرار میگیرد و کارکرد آن بدین صورت است که بجای شبکههای آنالوگ معمول، سیستمی مبتنی بر فناوری جدید دیجیتالی بکارگرفته میشود تا علاوه بر آنکه کیفیت تصاویر ارسالی در حد بسیار بالاتری قرارگیرد، بتوان سرویسهای دیگری نیز بر این بستر ارائه داد. علاوه بر کاربرد تجاری گفته شده در سیستم DVB-T، کاربرد نظامی نیز در زمینهی رادارهای پسیو وجود دارد
همانطور که گفتیم، در سالهای اخیر رادارهای پسیو بسیار مورد توجه واقع شدهاند، از علل این توجهات میتوان به کم هزینه بودن، عدم نیاز به فرستنده خاص، غیر قابل شناسایی بودن و... اشاره کرد. در این رادارها که سیگنالهای فرستنده که اصطلاحاً با نام فرستندههای مغتنم نیز شناخته میشوند از سیگنالهای متفاوتی مانند سیگنال FM، سیگنال آنالوگ تلویزیون، DAB، DVB و سیگنال موبایل برای کشف و ردگیری اهداف استفاده میشود.
از علل علاقهمندی و رویکرد به سیگنال DVB-T در رادارهای پسیو می-توان به مواردی اشاره کرد از جمله اینکه فرستندههای سیگنال دیجیتال تلویزیونی، سیگنالی با قدرت و کیفیت خوب و بالا با کمترین هزینه ممکن از دید راداری ارسال میکنند. این سیگنال پهنای باند کافی برای تامین قدرت رزولوشن در برد مناسب را دارا است، این سیگنال به نوعی شبیه نویز است و این امر کمک به قابلیت فشردگی در برد و تخمین مناسب داپلر میکند. خواص آماری سیگنال در طول زمان دارای ثبات است، این سیگنال دارای ابهام کمتر در برد و داپلر نسبت به مدولاسیونهای دیگر میباشد، فرستنده در این سیگنالینگ دارای پوششی همه جهته میباشد.
پهنای باند زیاد و در نتیجه داشتن رزولوشن بالا در برد3 در این سیگنالینگ قابل توجه است، در جدول زیر رزولوشن در برد برای چند دسته از رادارهای پسیو مبتنی بر چند نوع سیگنال بیان شده است. همانطور که مشخص است رزولوشن در برد در رادارهای پسیو مبتنی بر سیگنال DVB-T بسیار کمتر از رادارهای پسیو مبتنی بر دیگر سیگنالها میباشد
جدول 1 قابلیت رزولوشن در برد برای چند سیگنالینگ مختلف
با توجه به هدف این مقاله که حذف تداخل در کانال مرجع رادار پسیو مبتنی بر سیگنال پخش تلویزیون دیجیتال توسط فرستندههای زمینی با رویکرد بازتولید میباشد، بر این تلاشیم جهت بررسی کارایی گیرندهی مورد نظر منحنی احتمال خطای آشکارسازی سمبلها را بر حسب نسبت توان سیگنال به توان نویز برای روشهای مختلف تخمین کانال ترسیم نموده و همچنین برای بررسی دقیقتر کارایی الگوریتمهای پیشنهادی منحنی اتلاف تضعیف کلاتر در گیرندهی مراقبت رادار پسیو مبتنی بر سیگنال DVB-T را نیز ترسیم نماییم.
در فصل دوم این پایاننامه ابتدا به ساختار فرستنده و گیرندهی فریم OFDM و استفاده از این ساختار در سیگنال DVB-T خواهیم پرداخت، در فصل سوم نیز به آشنایی با پخش زمینی تلویزیون دیجیتال خواهیم پرداخت و در فصل چهارم شبیهسازی گیرندهی DVB-T و بازتولید سیگنال DVB-T ارائه خواهد شد و نیز مسائلی که در رابطه با موضوع حذف سیگنالهای تداخلی در کانال مرجع در رادار پسیو مبتنی بر سیگنال DVB-T با استفاده از روش بازتولید با آن مواجه هستیم از جمله عدم تعادل مولفهی همفاز و متعامد4در فرستنده، عدم یکنواختی5 پاسخ فرکانسی، خطا در تخمین فرکانس حامل جهت بازتولید، یافتن نرخ خطای مناسب - BER - 6 بر حسب نسبت سیگنال به نویز - SNR - 7 بررسی و شبیهسازی خواهد شد. در انتها فصل پنجم را به نتیجهگیری و ارائهی پیشنهاداتی برای کارهای آینده اختصاص خواهیم داد.
2. گیرندهی سیگنالDVB_T
همانطور که میدانیم، در رادار غیرفعال مبتنی بر سیگنال DVB_T دادهها در کانال مرجع و مراقبت جمعآوری میشوند. در گیرنده بعد از پردازش اولیه، کانال مرجع شامل سیگنال مرجع و نویز بوده و کانال مراقبت نیز شامل سیگنال اهداف و سیگنالهای چندمسیره و سیگنال مرجع میباشد. با توجه به اینکه موضوع بحث ما در این گزارش بازتولید سیگنال کانال مرجع میباشد، در ادامه به شرح مراحل همزمانسازی و تخمین آفست فرکانسی و جبران آن و سپس تخمین کانال و همسانسازی8 در گیرندهی مرجع میپردازیم. همچنین با استفاده از شبیهسازیهای کامپیوتری عملکرد و کارایی الگوریتمهای پیشنهادی را بررسی خواهیم نمود.
شکل 1 ساختار گیرنده ی مرجع
پخش تلویزیون دیجیتال توسط فرستندههای زمینی - DVB-T - 9، یکی از استانداردهای امروزه برای پخش شبکههای تلویزیونی میباشد. جهت ارسال دادهی با نرخ بالا برای ارسال ویدئویی، استفاده از تکنیک OFDM مناسب میباشد، زیرا سیگنال OFDM به سادگی همسانسازی میشود. از آنجاییکه این سیگنال به آفست فرکانسی و تأخیر زمان در دریافت سیگنال حساس میباشد، در یک گیرندهی DVB-T علاوه بر تخمین و همسانسازی کانال، همگام سازی فرکانسی نیز ضروری میباشد. مهمترین عملیاتی که در گیرندهی دیجیتال مورد نظر باید انجام شود، تخمین کانال و سپس همسانسازی سیگنال دریافتی است اما قبل از این عملیات باید همگام سازی فرکانسی و زمانی انجام شود که در ادامه به شرح دقیق این مراحل خواهیم پرداخت.
.2,1 مشخصات سیستم
اگرچه DVB-T پارامترهای ارسالی متعددی دارد، در این جا فرض می-کنیم که فرستندهی DVB-T از OFDM با زیرحاملهای 64 تایی - مدوله شدهی - 64_QAM استفاده میکند. تعداد زیرحاملها - N1=2048 مود - 2k یا - N2=8192 مود - 8k میباشد. در شکل - 1 - نشان داده شده که این کانال حاوی چندین ضرایب میباشد که به عنوان
برای هر دو مود 2k و 8k در سمبلهای OFDM هم پایلوتهای پیوسته و چندمسیرگی شناخته میشوند. سپس کانال واقعی و متحرک با زمان را نیز بررسی هم پایلوتهای پراکنده حضور دارند. بخش مفید OFDM دارای مدت زمان 224 - 896 - µs TU میباشد. - مقادیر مربوط به کانال 8MHz می باشد - . طول پیشوند گردشی - - cp0.125TU فرض میشود بنابراین تعداد نمونههای cp - chips - در یک سمبل 1 256 OFDM و 2 1024 میباشد. سیگنال OFDM از طریق کانال بیسیم به گیرنده ارسال میشود، که کانال چند مسیره بوده و نویزی میباشد. در گیرنده ابتدا سیگنال دریافتی به باند پایه منتقل میشود، فیلتر و نمونه برداری شده و در گیرندهی مطرح شده پردازش میشود.
شکل 2 الگوی درج پایلوت در سیستمDVB_T
.2,2 گیرندهی پیشنهادی
در ابتدا سیگنال دریافتی به وسیلهی مبدل آنالوگ به دیجیتال - ADC - و بخش RF پردازش میشود و به بلوک سنکرون سازی فرکانسی و زمانی داده میشود که منجر به زمان سنجی بهینه، و جبران آفست فرکانس حامل میشود. سپس پیشوند چرخشی حذف شده و سیگنال از حالت سریال به موازی - S/P - تبدیل میشود و با استفاده از تبدیل فوریهی سریع - FFT - به حوزهی فرکانس منتقل میشود. سپس تخمین کانال و همسان-سازی فرکانسی انجام میشود، و سمبلهای ارسالی با استفاده از یک تصمیمگیر، آشکارسازی میشوند.
در فرستنده ابتدا سیگنال DVB_T ارسال شده، این سیگنال، سیگنال IFFT گرفتهشده میباشد. تعداد سمبلهای به کار رفته در این گزارش 268 سمبل و تعداد زیرحاملها در هر سمبل 2048 زیرحامل میباشد، که از این 2048 زیرحامل 1705 زیرحامل فعال میباشند. Cp یا همان پیشوند چرخشی 1/8 طول هر سمبل در نظر گرفته میشود، که در این حال 2304 زیرحامل خواهیم داشت.
.2,2,1 همزمانسازی
لحظهی شروع نمونهبرداری در یک سمبل اطلاعاتی، ممکن است از هر زیر سمبل باشد. همانطور که در شکل - 3 - مشاهده میشود، جهت هم-زمانسازی و در واقع برای تخمین تأخیر سیگنال دریافتی از خاصیت پیشوند چرخشی استفاده میشود.
شکل 3 همزمان سازی
جهت انجام مراحل همزمانسازی، به این صورت عمل میکنیم که یک پنجرهی زمانی به طول CP از مشاهدات را در نظر میگیریم، سپس همبستگی بین نمونههای CP با مشاهدات 2048 نمونهی بعد را محاسبه کرده و پنجره را به اندازهی طول یک سمبل لغزانده و زمانی که این دو با هم تطابق کامل داشته باشند و همبستگی بیشترین مقدار را داشته باشد، تأخیر مشخص میشود. ابتدا تابع هبستگی سیگنال دریافتی را با استفاده از شکل - - 4 و رابطهی زیر به دست میآوریم:
شکل 4 همزمان سازی با استفاده از تابع همبستگی سیگنال دریافتی
