وبلاگ

:
با پیشرفت سریع در فناوری ساخت افزاره های نیمه هادی، چگالی تراشه ها و سرعت آنها افزایش یافته است. کنترل توان مصرفی در افزاره های قابل حمل مسئله ای اساسی است. توان مصرفی بالا طول عمر باتری موجود در این افزاره ها را کاهش می دهد. کاهش توان تلفاتی حتی برای افزاره های غیرقابل حمل، نیز مهم می باشد زیرا افزایش توان تلفاتی منجر به افزایش چگالی بسته بندی و هزینه های خنک سازی می شود.

افزاره های الکترونیکی قابل حمل به علت پیچیدگی ساختار، بیش از یک تک تراشه VLSI را به خود اختصاص می دهند. بیشتر توان تلفاتی در یک افزاره الکترونیکی قابل حمل، شامل مولفه های غیر دیجیتال است. تکنیک های موثر برای کاهش توان تلفاتی در چنین سامانه هایی که مربوط به قطع یا کاهش مولفه های نشتی است مدیریت توان دینامیک خوانده می شود. در سامانه های قدیمی ممکن است چندین طرح مدیریت توان دینامیک استفاده شود که یکی کردن آنها کار دشواری است و ممکن است نیاز به تکرار خیلی از طرح ها و اشکال زدایی داشته باشد. توان تلفاتی IC مولفه های مختلفی دارد و به نوع عملکرد مدار وابسته است.

اولا، کلیدزنی یا مولفه توان دینامیک در طول مد فعال عملکرد، غالب می شوند. ثانیا، دو منبع نشت اولیه وجود دارد: نشت فعال و نشت حالت انتظار. نشت حالت انتظار ممکن است با تغییر با یاس بدنه یا قطع متناوب توان کوچکتر از نشت فعال شود.
کاهش ولتاژ (VDD) شاید موثرترین روش ذخیره توان به علت وابستگی مربعی توان فعال مدار دیجیتال به منبع ولتاژ باشد. متاسفانه، کاهش VDD، سرعت افزاره را کاهش می دهد زیرا ولتاژ راه انداز گیت، VGS- , VT کاهش می یابد. برای مقابله با این مشکل، یک بهینه سازی روی VDD انجام شده و کمترین کاهش VDD برای اغناع کردن احتیاجات سرعتی مدار به کار گرفته می شود. کاهش منابع ولتاژ، در هر تولید تکنولوژی به کاهش توان تلفاتی دینامیک مدارهای منطقی CMOS کمک می کند. کاهش منابع ولتاژ، تأخیر گیت ها را افزایش می دهد مگر اینکه ولتاژ آستانه ترانزیستورها نیز کاهش یابد که این نیز موجب افزایش جریان نشتی ترانزیستورها می شود. در نتیجه کاهش VDD تلفات توان دینامیک را کاهش می دهد ولی تلفات توان استاتیک را زیاد می کند. بنابراین یک مصالحه واضح بین نشت حالت خاموش (توان استاتیک) و توان فعال (توان دینامیک) برای کاربردهای مشخص وجود دارد، که منجر به دقت در انتخاب VT و VDD می شود. مجتمع سازی افزاره منجر به ترکیب بسیاری از وظایف روی یک تراشه می شود، بنابراین فهم نقطه بهینه و قابل کاربرد VT و VDD برای همه بلوک های مداری روی یک تراشه سخت و مشکل می باشد. در نتیجه، تکنیک های طراحی، می توانند با بلوک های مداری تغییر کنند.

از زمانی که خطوط مایکرواستریپ در مایکرویو به کار رفت، دیده می شد که مقداری از توانی که به خط وارد می شود به صورت تشعشع تلف می شود. به همین دلیل ساختار آنتن مایکرواستریپ ابداع گردید.
نخستین تحقیقات در زمینه آنتن مایکرواستریپ (مدار چاپی) در آمریکا توسط Deschamps در سال 1953 و در فرانسه Baissiont و Gutton در سال 1955 منتشر گردید. اما عملا زمان زیادی حدود 20 سال طول کشید تا در سال 1970 توسط Mowell و Munson اولین آنتن ساخته شد که به زمان با تحقیقات زیادی که در مورد آرایه های این نوع آنتن انجام گرفت انواع مختلفی از آنها به دست آمده است. بعضی از انواع این آنتن ها نظیر دی پل چاپی، شکافی چاپی، دی پل خم شده چاپی قبل از طرح ایده آنتن های مدار چاپی ساخته شده بودند. سپس با عنوان شدن این موضوع آنتن های بالا نیز با کمی تغییر در این ساختار به کار گرفته شدند. آنتن های مایکرواستریپ با توجه به مزایای زیادی مانند قیمت پایین سازگاری با مدارات چاپی وزن و حجم کم، ساخت آسان، باعث شده که به زمان کاربردهای فراوانی در میان آنتن های مایکروویو داشته باشد.
آنتن های مایکرواستریپ نسبت به آنتن های دیگر مزایای زیادی دارند. مزایای اصلی آن عبارتند از:
1- به دلیل نازک بودن قطر این آنتن می تواند به راحتی بر روی بدنه هواپیما و ماهواره یا موشک نصب شود.
2- سطح مقطع پراکندگی آن کم است.
3- با تغییر محل تغذیه می توان پلاریزاسیون های مختلف خطی، دایره ای راست گرد و چپ گرد را به وجود آورد.

4- حجم کم و وزن کم این نوع آنتن.

5- هزینه ناچیز ساخت این آنتن ها به طور انبوه.
6- این نوع آنتن با چند فرکانس کار (Dual frequency) قابل ساخت است.
7- به دلیل سازگاری با مدارات مخابراتی و قابلیت ساخت این نوع آنتن روی بردها، مجموعه مدارها و آنتن را در یکجا می توان جمع نمود.
8- خط تغذیه و شبکه تطبیق همزمان با ساختن آنتن قابل ساخت می باشد.
این مزایا باعث گردیده که کاربرد این نوع آنتن در رنج فرکانس 50GHz – 100MHz گسترش یابد.
اما این آنتن ها دارای محدودیت های اساسی نیز می باشند که از مهمترین آن می توان به پهنای باند باریک آن اشاره کرد. این پهنای باند به فاصله بین المان تشعشع کننده و صفحه زمین وابسته است. هرچند فاصله کمتر باشد پهنای باند نیز کمتر خواهد بود.
توان تشعشعی آنتن مایکرواستریپ ارتباطی به ضخامت لایه عایق ندارد و مستقل از آن می باشد. یکی دیگر از محدودیت های مهم این نوع آنتن ها تلفات خطوط تغذیه است. شبکه تغذیه این نوع آنتن ها معمولا همراه با المان تشعشع کننده بر روی لایه عایق چاپ می شوند. که باعث افزایش تلفات توان می گردد.
انتقال و تلف شدن توان به علت وجود امواج سطحی در لایه عایق از یک خط به خط دیگر یکی از محدودیت ها و عیوب آنتن مایکرواستریپ می باشد.
به طور کلی می توان معایب آنتن مایکرواستریپ را به صورت زیر خلاصه کرد:
1- محدودیت و داشتن حداکثر گین قابل دسترس از آنتن در حدود 20dB
2- پهنای باند باریک
3- بین خط تغذیه و تشعشع کننده، ایزولاسیون کمی وجود دارد.
4- توان خروجی پایین.
5- تلفات بالا که در نتیجه باعث کاهش گین می شود.
6- تحریک شدن امواج سطحی.

در فصل دوم، در فصل سوم مدل دایورسیتی پلاریزاسیون در ترمینال موبایل با و بدون در نظر گرفتن اثرات آنتن ها درموبایل ارائه می شود. در فصل چهارم عملکرد این نوع دایورسیتی در کانال های با فیدینگ رایلی مورد بحث قرار می گیرد و بالاخره در فصل پنجم، دایورسیتی پلاریزاسیون سه شاخه در محیط های indoor معرفی می شود و با استفاده از نتایج عملی، مفید بودن استفاده از این روش نشان داده می شود.
فصل اول
بررسی انواع دایورسیتی

دایورسیتی روشی است که با استفاده از آن چندین سیگنال روی مسیرهای با فیدینگ مستقل و حامل اطلاعات یکسان تولید می شوند، که

 در گیرنده با ترکیب کردن این سیگنال ها، اثرات شدید فیدهای عمیق کاهش می یابد. به عبارت دیگر، دایورسیتی با دریافت چندگانه روشی است که برای مقابله با فیدینگ بکار می رود و عبارت است از روش دستیابی به بیش از یک سیگنال در ورودی گیرنده، به طوری که سیگنال های مختلف از نظر مشخصات آماری دارای فیدینگ تقریبا مستقل از هم باشند. در اینصورت، چنانچه یکی از سیگنال ها دستخوش فیدینگ شود، به احتمال بسیار زیاد در بین سایر سیگنال ها می توان سیگنالی را یافت که دارای فیدینگ با عمق زیاد نباشد. تعداد سیگنال های مختلف موجود در ورودی گیرنده را مرتبه دایورسیتی می گویند.

برخی از خصوصیات دایورسیتی عبارت است از:
1- کاهش عمق فیدینگ سیگنال ترکیبی که از ترکیب سیگنال های مختلف تشکیل شده است.
2- افزایش قابلیت اعتماد تجهیزات.
3- بهبود معیار کیفیت سیستم یا نسبت سیگنال به نویز سیگنال ترکیبی در مقایسه با هر یک از سیگنال ها.
از آنجایی که احتمال داشتن دو فید عمیق برای دو سیگنال مستقل در یک لحظه ناچیز است، اثرات فیدینگ با تلفیق دو سیگنال فوق بطور مؤثری کاهش پیدا می کند.

در سالهای اخیر با پیشرفت فن آوری چند رسانه ای ها (multi media) به تدریج نیاز به ارتباطات بیسیم بطور فزاینده ای افزایش یافته است. از اینرو نیاز به فن آوری های جدید در زمینه مخابرات الكترونیكی احساس میشود. از این رو تحقیقات زیادی روی ایجاد لایه فیزیكی جدید برای شبكه های انتقال داده بیسیم در دست انجام میباشد. شاید در حال حاضر و پس از اینكه فن آوری Bluetooth بدلیل نرخ داده پایین و مصرف توان بالا نتوانست جوابگوی خوبی برای مخابرات داخلی (indoor) با فاصله کم (در حد چند متر) و با نرخ داده بالا باشد، تقریبا بیشترین توجه در مراكز دانشگاهی و صنایع مخابرات الكترونیكی روی مخابرات فرا پهن باند ((Ultra Wide Band(UWB) متمركز شده است. اساس این نوع مخابرت بر انتقال پالسهای كوتاه (در حد چند صد پیكو ثانیه) مدوله شده بدونه حضور حامل استوار است. در یك نگاه كلی مصرف توان كم، بخاطر عدم حضور حامل و نرخ داده بالا بخاطر زمان كوتاه پالسها از مزایای این نوع مخابراتی میباشد. اولین باری كه از پالس برای مخابره داده استفاده شد توسط ماركونی در اوایل قرن بیستم بود. پالس ایجاد شده توسط ماركونی بوسیله قوس الكتریكی در یك شكاف بین دو الكترود با فاصله كم ایجاد شد. بدلیل محدودیت های فن آوری ایجاد پالسهای با زمان كوتاه و هزینه بالای تا همین سالهای اخیر روش مخابرات پالسی فقط به كاربردهای خاصی مثل رادار محدود شد. ولی اخیرا با پیشرفتهای فن آوری VLSI و كاهش هزینه ادوات نیمه هادی با سرعت بالا، ایجاد و انقال و دریافت پالسهای كوتاه با ادوات نیمه هادی ارزان مثل فن آوری CMOS ممكن و مقرون به صرفه شده است. از این رو برای نخستین بار در سال 2002 در ایالات متحده امریكا و توسط FCC قوانینی برای انتشار سیگنال های UWB منتشر شد كه بر خلاف قوانینی كه قبلا توسط DARPA به صورت خیلی محطاطانه وضع شده بود، امكان استفاده از این سیگنالها را برای انتقال داده فراهم كرد. از این رو در این پایان نامه، سیگنال UWB را از لحاظ تعریف، ایجاد، چگالی طیفی توان، برآورده کردن نقاب انتشار، شكل پالس، انتشار روی كانال، دریافت و آشكار سازی به طور مفصل مورد برسی قرار داده و ساختارهای گیرنده های ممكن برای دریافت و آشكار سازی این سیگنال را مورد مقایسه و برسی قرار خواهیم داد.

فصل اول
تعریف سیستم رادیوئی فراپهن باند
1-1- پهنای باند کسری
اولین کاربرد واژه فراپهن باند در دانش مربوط به رادار بوده است و در مورد امواج الکترومغناطیسی با پهنای باند انرژی کسری تقریبا بزرگتر از 0/25 – 0/2 بکار می رفته است. برای فهم بهتر این تعریف ابتدا باید پهنای باند انرژی شکل موج را تعریف کرد. اگر E را انرژی لحظه ای شکل موج فرض کنیم، می توان پهنای باند انرژی را به وسیله فرکانس های fH و fL مشخص کرد. fH و fL به ترتیب حد بالایی و پایینی فاصله ای هستند که عمده انرژی لحظه ای E (تقریبا بیش از 90%) در داخل آن قرار گرفته است. عرض این فاصله یعنی fH – fL را پهنای باند انرژی می نامند.
در علوم مربوط به رادارهای UWB اساس بر انتشار امواجی است كه از دنباله هایی از پالسهای خیلی كوتاه تشكیل شده اند. منظور از خیلی كوتاه مدت زمان پالس ها است كه حدود چند صد پیكو ثانیه است. این اصول انتقال پالسی رادارها را میتوان در زمینه های مخابراتی انتقال داده بكار برد.
با فرض اینكه اطلاعاتی كه بوسیله سیستم مخابراتی باید منتقل شود به فرم دیجیتال و بصورت دنباله ای از اعداد دو دویی باشد، می توان اطلاعات هر بیت (0 یا 1) را به وسیله یک پالس یا چند پالس در حالت تکرار کد منتقل کرد. تکرار پالس برای ارائه یک تک بیت موجب افزایش صحت برای هر بیت می شود به همین جهت اخیرا (2002) نخستین قوانین در این مورد در ایالات متحده آمریکا توسط FCC منتشر شد. که مفاهیم UWB را به تکنیک های انتقال پیوسته گسترش می دهد. در بخش های بعدی مفصل در این باره بحث خواهد شد. در اینجا بیشتر به مسائل انتقال پالسی می پردازیم. قابل ذكر است كه E به عنوان انرژی لحظه ای باید روی فاصله ای که با مدت زمان پالس مطابقت دارد محاسبه شود. اگر تصمیم در مورد یک تک بیت مستلزم پردازش چندین پالس باشد، که معمولا هم همینطور است، E مربوط می شود به انرژی كلی همه پالسهای پردازش شده كه در تصمیم روی یك بیت درگیر هستند زیرا تاثیر نویز در گیرنده باید با توجه به انرژی سیگنال مورد استفاده محاسبه شود.

مبحث دسته بندی بافت یكی از حوزه های مهم و پایه ای پردازش تصویر است كه در سالیان اخیر مورد توجه محققان زیادی قرار گرفته است و مزرهای كاربرد آن به طور چشمگیری در حال گسترش است. بافت ها اجزای اصلی تشكیل دهنده محیط اطراف ما هستند؛ به طوری كه معمولاً این بافت ها و ویژگی (مشخصه)های آنها هستند كه توانایی تشخیص، تفسیر و دسته بندی اشیای موجود در دنیای اطراف و نیز تصاویر مربوط به آنها ر ا امكان پذیر می سازند. برای مثال برای تشخیص و دسته بندی اشیای موجود در یك تصویر مانند سنگ، چوب و آهن، سیستم بینایی و مغز انسان این اشیا را آنالیز و تفاوت بافت هایشان را درك می كند؛ سپس ویژگی یا ویژگی هایی از هر یك از بافت ها را انتخاب و در حافظه ذخیره می كند و به كمك این ویژگی ها كار دسته بندی اشیای مذكور را انجام می دهد. از این رو بافت ها در تشخیص و دسته بندی اشیا توسط چشم و مغز انسان نقش بسیار مهم و كلیدی ای دارند. از همین ایده برای آنالیز و دسته بندی تصاویر بافتی توسط

 كامپیوتر استفاده می شود. در این سیستم ها نیز مانند سیستم بینایی انسان، برای انجام فرآیند دسته بندی تصاویر بافت، مراحل آنالیز تصویر بافت، استخراج ویژگی ها و در نهایت دسته بندی و اندیس گذاری با استفاده از ویژگی های استخرا ج شده طی می شوند.

به علت گستردگی تصاویر از حیث ماهیت و كاربردهای متنوع و همچنین وجود بافت های مختلف و متنوع در آنها، استفاده از بافت و آنالیز بافت بسیار مفید و با اهمیت است. در بسیاری از كاربردها، آنالیز بافت نتایج بهتری نسبت به روش های آنالیز دیگر دارد و این امر نشان دهنده اهمیت و توانمندی این نوع آنالیز است. در سال های اخیر استفاده از بافت و آنالیز بافت، كاربردهای متعددی پیدا كرده است كه از آن جمله به بینایی ماشین، كاربردهای صنعتی، تشخیص اشیا و اهداف، آنالیز تصاویر پزشكی، دسته بندی تصاویر راداری مانند رادارهای دهانه مصنوعی و نیز جداسازی و دسته بندی و تفسیر مناظر طبیعی می توان اشاره كرد.
به طور كلی در شرایط واقعی دو پدیده مهم در مبحث آنالیز و دسته بندی تصاویر وجود دارند كه تأثیرات مخرب زیادی را ایجاد می كنند. این دو پدیده مهم، «چرخش» و «نویز» هستند. در صورتی كه روش های مورد استفاده برای دسته بندی در برابر این پدیده های رایج پایدار نباشند، ممكن است در عمل دقت نتایج حاصله به شدت تنزل یابد و حتی به صفر برسد؛ لذا در شرایط واقعی باید روش های مورد استفاده برای آنالیز و دسته بندی تصاویر بافت تا حد ممكن در برابر این دو پدیده مقاوم و نامتغیر باشند و آثار مخرب آنها را خنثی كنند.