واجهة أمامية لمستقبلات أنظمة تحديد المكان الشامل باستخدام تكنولوجيا ال CMOS

ملخص الرسالة:

واجهة أمامية لمستقبلات أنظمة تحديد المكان الشامل باستخدام تكنولوجيا ال CMOS

يخلق سوق الاتّصال اللاسلكى سريع النمو طلبا عاليا لمستقبلات-مرسلات تردّد الرّاديو(RF ). الهيئة الصّغيرة و القدرة و التكلفة المنخفضتان هى المطالب الأساسيّة لمستقبلات تردّد الرّاديو الحديثة. لذا لتحقيق تصميم ناجح يفي بكلّ هذه المطالب، ليست فقط التقنية المتقدّمة و تكنيكات تصميم الدوائرهى ألأمر الحيويّ الوحيد، و لكن أيضًا الطفرة على مستوى النّظام و طراز المستقبل ضروريان.

تقدّم هذه الرّسالة تّصميم مستقبل نظام تحديد المكان الشامل على الأرض (GPS) مزدوج النطاقين (L1/L2).  يشمل نظام تحديد المواقع 24 قمر صناعيّ في مدار أرضى منخفض حيث تذيع باستمرار وضعها و توقيتها المحلّيّ. يمكن للمستقبل من خلال قياسات مدى القمر الصّناعيّ أن يحدّد وضعها و وقتها المطلقين في أيّ مكان على الأرض، طالما يوجد أربعة أقمار صناعيّة فى مدى الرّؤية. تتطلّب تطبيقات نظام تحديد المواقع المحمولة للمستهلك مستقبلات صّغيرة، رّخيصة و منخفضة القدرة . تتضمّن أمثلة قليلة من هذه التطبيقات الملاحة المتعلّقة بالسّيّارات أو الملاحة البحريّة، قواعد التّسليم الذّكيّة في الاتصالات التليفونية الخلويّة و خدمات الطّوارئ الخلويّة ( 911 ).

من أجل الحصول على حلّ منخفض السعر والقدرة ، يقدم هذا العمل تطوّيرا لمستقبل ذو طراز منخفض التردد- الوسيط (IF) مما يؤهله للاندماج الكامل. طّراز المستقبل يتُمَيَّز برفض قناة الصورة التناظرى على مستوى النبيطة. المستقبل يتكون من مكبرين منخفضى الشوشرة و خلاطين تحويل سفلى لنطاقىّ نظام تحديد المكان الشامل على الأرض (GPS) L1 و L2، بالاضافة الى  مرشح مركب لاختيار القناة ذو كسب متغير. المستقبل سيتم دمجه مع مركب ترددات، منفذ فى عمل آخر، فى نفس النبيطة. الرابط المتعقّب الرّقميّ لنظام تحديد المواقع صُمِّمَ و نُفِّذَ في FPGA. الجزء الخاص بالاكتساب فى المستقبل الرقمى ما زال تحت التطوّير باستخدام البرمجيات المضمّنة. يحقق المستقبل، منفذا باستخدام تقنية CMOS 0.13 ميكرون، حدّ أقصى للكسب 112 و 115 دى بى، معاملات الشوشرة 4 دى بى و 3.6 دى بى، نقاط انضغاط المدخل - 76 دى بى إم و - 79 دى بى إم، لكل من النطاقين L1 و L2 على التّوالي. المرشح المركب لاختيار القناة ذو الكسب المتغير يحقق رفض لقناة الصورة بمقدار يزيد عن 25 دى بى و مدى تحكم فى الكسب يزيد عن 80 دى بى. الرابط المتعقّب الرّقميّ أظهر العمل بنجاح مع اشارة تردد وسيط رّقميّة لها نسبة اشارة-الى-ضوضاء (SNR) مقدارها - 30 دى بى. يستهلك المستقبل 12 مللى وات من مصدر قدرة 1.2 فولت.

ولقد تم تقسيم الرسالة كما يلي:

الباب الأول هو مقدمة للرسالة، حيث يتناول الدافع للرسالة، مع نبذة بسيطة عمّا نشر من أعمال متعلقة بالرسالة و عرض سريع لمحتويات الرسالة. يتناول الباب الثانى شرح مبسط لنظام تحديد المكان الشامل على الأرض (GPS)، حيث يتناول أنواع الاشارات المستخدمة فى نظام تحديد المكان الشامل على الأرض و مميزات اشارة الL2 عن اشارة الL1 و مقارنة بينهما.

الباب الثالث يقدم عرضا لطرازات مستقبلات نظام تحديد المكان الشامل على الأرض التقليدية مع نقد و مقارنة لهم، ثم يقدم الباب فرص التطوير للمستقبلات ذو الطراز منخفض التردد- الوسيط (IF) مما يؤهلها للاندماج الكامل. و أخيرا يعرض الباب بحثا لما قدم و نشر من مستقبلات نظام تحديد المكان الشامل على الأرض باستخدام تقنية CMOS مع عقد مقارنة للنتائج التى تحققها هذه المستقبلات و مميزات و عيوب كل منهم.

يدرس الباب الرابع مواصفات و متطلبات مستقبل نظام تحديد المكان الشامل على الأرض. حيث يتناول تحليلا لمتطلبات المستقبل من حيث مدى الكسب الديناميكى، و أداء الضّوضاء، و أداء رفض قناة الصورة، و و أداء الخطية والاستقامة، ثم سعة نطاق المرشح و الدقة المطلوبة للمحول التناظرى-الرقمى.

 و يعرض الباب الخامس وصفا تفصيليا لطراز المستقبل المستخدم مع عرض للمواصفات المطلوبة لكل جزء فى المستقبل نتيجة لما تقدم من تحليل فى الباب الرابع.

أما الباب السادس، و هو أكبر أبواب الرسالة، فهو يقدم شرحا تفصيليا لتصميم مكونات المستقبل التناظرية والرقمية، مع تقديم نتائج المحاكاة لكل مكون على حدة، و المكونات التناظرية هى مكبران منخفضا الشوشرة، و خلاطان تحويل سفلى لنطاقىّ نظام تحديد المكان الشامل على الأرض (GPS) L1 و L2، ومرشح مركب لاختيار القناة ذو كسب متغير، بالاضافة الى محول تناظرى-رقمى و حلقة تحكم آلى فى الكسب. كما يقدم هذا الباب شرحا و تحليلا لتصميم الرابط المتعقّب الرّقميّ لنظام تحديد المواقع، مع تقديم نتائج المحاكاة لمكونات الرابط.

يقدم الباب السابع نتائج المحاكاة للمستقبل كاملا على المستويين التناظرى والرقمى. كما يقدم الجزء الثانى منه تنفيذ الرابط المتعقّب الرّقميّ باستخدام الFPGA، حيث يعرض هذا الجزء خطوات القياس و النتائج التى تم الحصول عليها و مقارنتها بنتائج المحاكاة. ثم يختم الباب بإستخلاص النتيجة من الرسالة مع توضيح النتائج المختلفة التي تم التوصل إليها، كما يوجد في هذا الفصل أيضا عدة إقتراحات لدراسات قادمة."