طراحي و پياده سازي سامانه حسگري فشرده

دكتري

حسگري فشرده اخيراً شاهد توجه زيادي در زمينه تقاضاي بالا براي الگوريتم‌هاي پردازش سيگنال سريع، كارآمد و ارزان در كاربردهاي مختلف بوده است. يكي از كاربردهاي به‌روز و مطرح در حسگري فشرده طيف‌سنجي در شبكه‌هاي راديو شناختي (CR) است. يكي از وظايف كليدي در راديو شناختي تشخيص باندهاي فركانسي آزاد در طيف راديويي است. معمولاً به‌منظور طيف‌سنجي در سيگنال‌هاي پهن باند از ADC هاي با سرعت‌بالا و توان مصرفي بسيار بالا استفاده مي‌شود. در بسياري از كاربردها طيف فركانس به‌صورت تنك توسط كاربران مختلف اشغال شده است. به‌عبارت‌ديگر تعداد باندهاي فركانسي فعال كمي در هر زمان موجود است. اين ويژگي طيف فركانس در كاربرد CR، طراح را قادر مي‌سازد تا با استفاده از روش‌هاي زير نمونه‌برداري، سيستمي طراحي كند كه منجر به كاهش هزينه و توان مصرفي و افزايش سرعت پردازش شود. در اين رساله يك الگوريتم (CR4S) بر مبناي حسگري فشرده ارائه شده است كه با استفاده از برخي ويژگي‌هاي طيف و سيگنال راديويي، با حداقل محاسبات به تشخيص باندهاي فركانسي آزاد مي‌پردازد. الگوريتم CR4S به‌منظور بهبود طيف‌سنجي در CR از روش‌هايي مانند تبديل فوريه تنك، پردازش سيگنال‌ها با مقدار-واقعي و طيف‌سنجي مشاركتي بهره مي‌برد. مقايسه با الگوريتم‌هاي ديگر نشان مي‌دهد كه در SNR هاي مختلف عملكرد الگوريتم طراحي‌شده (CR4S) بسيار مطلوب است. به‌عنوان مثال در SNR برابر با 0 dB كارآيي تشخيص بهتر از 95 درصد است. در اين رساله براي پياده‌سازي الگوريتم CR4S روي FPGA، يك معماري با حداقل به‌كارگيري منابع و گذردهي حداكثري ارائه شده است. تحليل كارآيي تشخيص و نتايج پياده‌سازي روي FPGA ارائه‌شده در اين تحقيق نشان مي‌دهد كه الگوريتم و معماري طراحي‌شده جهت پياده‌سازي در شبكه‌هاي CR، بهينه و مناسب است و نسبت به الگوريتم‌هاي پيشين كه مبتني بر روش‌هاي زيرنمونه‌برداري بودند, عملكرد بهتري دارد. نتايج سنتز و تحليل زماني نشان مي‌دهد گذردهي الگوريتم CR4S حدوداً 5/2 برابر الگوريتم CWSS و حدود 7/7 الگوريتم SPFFT مي‌باشد. علاوه‌براين زمان موردنياز براي پردازش الگوريتم CR4S حدود 75% الگوريتم CWSS و 11% الگوريتم SPFFT است كه نشان‌دهنده سرعت بالاي الگوريتم مذكور است. علاوه‌براين پارامترهاي مربوط به به‌كارگيري منابع سخت‌افزاري در الگوريتم CR4S كمتر از الگوريتم‌هاي ديگر است كه به معناي استفاده كمتر از منابع سخت‌افزاري FPGA نسبت به الگوريتم‌هاي CWSS، SPFFT، LDAC و DACS مي‌باشد. با توجه به معيار شايستگي تعريف‌شده مبتني بر بكار گيري منابع سخت‌افزاري و گذردهي، معماري CR4S در مقايسه با الگوريتم‌هاي CWSS، SPFFT، LDAC به ترتيب به ميزان 3، 55، 5/1 برابر بهبود در FoM را نشان مي‌دهد. مطابق نتايج ارائه‌شده در استفاده از الگوريتم CR4S بايد به دو محدوديت عملياتي اشاره كرد.1- عملكرد الگوريتم مانند ساير الگوريتم‌هاي بررسي‌شده براي SNR هاي كمتر از 0 dB افت مي‌كند.2- كارآيي تشخيص مثبت صحيح با افزايش مؤلفه‌هاي غير صفر كاهش مي‌يابد.

195675

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي برق-الكترونيك ديجيتال

كريم محمدي