شکل (۴-۵) مقایسه آشکارساز کورتسیس با آشکارساز انرژی براساس کانال AWGN 89
شکل (۴-۶) مقایسه آشکارساز انرژی وزن بهینه، زیر بهینه و آشکار انرژی معمولی براساس کانال CM1 90
شکل (۴-۷) مقایسه آشکارساز انرژی با چندین اندازه گیری بهینه و زیر بهینه و آشکارساز انرژی معمولی براساس کانال CM1 91
شکل (۴-۸) مقایسه آشکارساز TR کلاسیک و TR متوسط گیری شده براساس کانال CM1 92
شکل (۴-۹) کارایی گیرنده eigen برای تعداد مختلف ۹۳

شکل (۴-۱۰) عملکرد BER برای مدل کانالIEEE 802.15.3a CM1 94
شکل (۴-۱۱) عملکرد BER برای مدل کانال IEEE 802.15.3a CM8 95
شکل (۴-۱۲) بهترین فیلتر گیرنده معین برای کانال CM1 مطابق بهینه سازی تکراری معیار J-div rank-1 96
شکل (۵-۱) عملکرد BER آشکارساز GLR و GLR-SDR با تعداد مراحل تصادفی مختلف در حالت  ۱۱۱
شکل (۵-۲) مقایسه عملکرد آشکارساز GLR-SDR و ED و گیرنده ideal Rake با اندازه بلوک های مختلف در حالت کانال CM1 112
شکل (۵-۳) مقایسه عملکرد آشکارساز GLR-SDR و ED و گیرنده ideal Rake با اندازه بلوک های مختلف در حالت کانال CM2 113
شکل (۵-۴) عملکرد BER آشکارساز IGLR-SDR با  مختلف برای  و  ۱۱۴
شکل (۵-۵) عملکرد BER آشکارساز IGLR-SDR با  مختلف برای  و  ۱۱۵
شکل (۵-۶) مقایسه عملکرد آشکارساز IGLR-SDR، GLR-SDR، ED و KD برای ،  و در حالت کانال CM1 116
شکل (۵-۷) مقایسه عملکرد آشکارساز IGLR-SDR، GLR-SDR، ED و KD برای ،  و در حالت کانال CM2 117
شکل (۵-۸) مقایسه عملکرد آشکارساز IGLR-SDR، GLR-SDR و ED برای ،  و در حالت کانال CM1 118
شکل (۵-۹) مقایسه عملکرد آشکارساز IGLR-SDR، GLR-SDR و ED برای ،  و در حالت کانال CM2 119
فصل اول
مقدمه
ظهور سیستم­های مخابراتی با عرض پالس بسیار باریک و پهنای باند بسیار وسیع و پیداش کاربرد­های متنوع برای آنها، در سالیان اخیر زمینه ساز تحقیقات گسترده­ای در جنبه­ های گوناگون نظری و پیاده­سازی عملی چنین سیستم­هایی گشته است. سیستم­های فراپهن باند (UWB) از حدود ۲۰ سال قبل در مخابرات نظامی، موقعیت یابی و رادار مورد استفاده قرار گرفته است و اخیرا بر روی الکترونیک­های مصرفی و مخابراتی توجه شده است. لیکن با افزایش تقاضا برای کاربرد تجاری این تکنیک و با تلاش­هایی که از اواخر دهه ۱۹۹۰ آغاز شد، در نهایت مجوز استفاده از گستره فرکانسی حدود GHz 10-3، به شرط رعایت محدودیت­های شدید بر سقف توان ارسالی، صادر شد.. در واقع، بسیاری از سیستم­های مخابراتی بی سیم از فرکانس­های باند باریک مجزا به منظور جلوگیری از تداخل با یکدیگر استفاده می­ کنند. به هر حال، برای سیستم­های UWB به منظور جلوگیری از تداخل با دیگر سیستم­ها، به شرط رعایت محدودیت­های شدید بر سقف توان ارسالی و طیف تعریف بر طبق FCC می­توانند به کار روند.
سیستم­های UWB ویژگی­های منحصر به فردی نسبت به سیستم­های مخابراتی دیگر دارند. دو ویژگی منحصر به فرد سیستم­های UWB، پهنای باند بسیار وسیع و Duty Cycle پایین آن می­باشد. پهنای باند بسیار وسیع منجر به انتقال پالس­های بسیار باریک که بیت­های اطلاعاتی را حمل می­ کنند، می­ شود. در واقع سیستم­های UWB، به جای استفاده از توان بسیار بالا در رنج فرکانس­های مجزا، از سیگنال­های با توان پایین و در رنج فرکانسی بسیار زیاد استفاده می­ کنند. بنابراین ارسال سیگنال­های UWBبه عنوان یک سیگنال نویزی برای سیستم­های مخابراتی دیگر ظاهر شد. سیستم­های UWB برای کاربرد­های داخلی که نیاز به نرخ دیتای بالا دارند و در رنج فاصله کوتاه ۱ تا ۱۰ متر، می­توانند مورد استفاده قرار ­گیرند. Duty Cycle به عنوان نسبتی از زمانی که یک پالس در یک دوره تناوب قرار می­گیرد، تعریف می­ شود که در سیستم­های UWB مقدار آن بسیار کم و در حدود ۰.۰۰۵ می­باشد.

تعریف
لفظ UWB علیرغم معنای نسبتا عامی که تا پیش از دهه ۱۹۹۰ داشت به سیگنال­هایی اطلاق شد که دارای پهنای باند حداقل MHz 500 باشند، یا پهنای باند نسبی آنها (نسبت پهنای باند به فرکانس مرکزی) بیش از %۲۰ باشد[۳]. پهنای باند نسبی به صورت زیر بیان می­ شود:

فرکانس­های قطع بالا و پایین می­باشد. در گزارش FCC [3]، کاربرد UWB در سه گروه طبقه ­بندی می­ شود: ۱. سیستم­های اندازه ­گیری و مخابراتی ۲. سیستم­های راداری انتقالی ۳. سیستم­های تصویری. در اینجا باند طیفی مربوط به گروه اول در ‏شکل (۱-۱) آمده است. همانطوری که می­بینید طیف فرکانسی اختصاص یافته برای ارسال UWB 1/3 تا GHz 6/10 است و ماکزیمم سطح توان مجاز برای ارسال UWB، dBm/MHz 3/41- می­باشد، این سطح توان کمتر از سطح توان نویز برای سیستم­های مخابراتی UWB می­باشد.

مزایای سیستم ­هایUWB
سیستم­های UWB به دلیل استفاده از پهنای باند بسیار زیاد دارای ویژگی­های منحصر به فردی می­باشند که سیستم­های UWB را از دیگر سیستم­های باند باریک کلاسیک متمایز می­سازد[۱،۲،۵،۶،۱۴]. این ویژگی­ها عبارتند از:
۱- توانایی به کارگیری سیستم­های UWB به همراه وجود سیستم­های بی­سیم دیگر می­باشند. محدودیت توان FCC، نیاز به سیستم­های UWB ی دارد که قادر به ارسال سیگنال­های شبه نویزی باشند که منجر به احتمال کم برای آشکارسازی و تداخل برای سیستم­های دیگر خواهد شد‏شکل (۱-۲) .
۲- قادر به مصالحه بین فاصله و نرخ دیتا هستند. فرض کنید برای حمل یک بیت دیتا  پالس ارسال شود، برای فاصله­های زیاد، به منظور ارسال قابل قبول،  می ­تواند زیاد باشد و  زیاد منجر به نرخ دیتای پایین خواهد شد، به عبارت دیگر،  می ­تواند برای فاصله کم کاهش پیدا کند و منجر به نرخ دیتای بالا شود. بنابراین تعداد پالس­های بیشتر بر بیت برای ارسال در فاصله­های زیاد به کار می­رود.
۳- توانایی داشتن ظرفیت زیاد را دارند. معادله معروف شانون برای ظرفیت، بینش مربوط به مزیت سیستم­های بی­سیم UWB را به ما می­دهد. مطابق قانون شانون، توانایی ظرفیت یک کانال به صورت زیر بیان می­ شود:

و  به ترتیب توان کل سیگنال و توان نویز را بیان می­ کنند و  پهنای باند کانال می­باشد. سطح توان ارسالی کم سیستم­های UWB برای ظرفیت کانال بی­فایده است، به هر حال، سیستم­های UWB به دلیل پهنای باند زیاد، اثر سیگنال به نویز پایین (SNR) را جبران می­ کنند. بنابراین سیستم­های UWB برای ظرفیت بالای مخابرات بی­سیم پیشنهاد می­شوند[۵].

باند طیفی اختصاص یافته FCC
۴- دارای عملکرد مقاوم در محیط­های Jamming و چندمسیرگی ^[۴]شدید می­باشند که این مزیت، به علت ارسال پالس­های بسیار باریک می­باشد. چون گیرنده­ها قادر هستند انرژی قابل قبولی از ارسال پالس­ها بگیرند، که دلیل آن جزء چندمسیره ­های مجزای زیاد که از ارسال پالس­ها ایجاد می­شوند، می­باشد.
۵- ساختار گیرنده و فرستنده ساده دارند. سیستم­های UWB گیرنده و فرستنده­های دیجیتال بدون نیاز به بلوک­های فرکانسی رادیویی (RF) مانند اسیلاتور­ها، ماژول­های تبدیل بالا و پایین دارند که به دلیل طیف باند پایه سیگنال­های UWB می­باشد.