قرن حاضر، پیشرفت های اساسی را در زمینه نیمه هادی ها تجربه کرده است. بسیاری از اکتشافات عظیم در فیزیک از مطالعه بر روی امواج در ساختارهای پریودیک سرچشمه می گیرد. شکاف باندهای الکترومغناطیسی (EBG)، دسته ای جدید از دی الکتریک های متناوب هستند که می توان آنها را جایگزین فوتونیکی نیمه هادی ها دانست. امواج الکترومغناطیسی در EBG رفتاری مشابه الکترون ها در نیمه هادی ها دارند. تناوب در این مواد باعث جلوگیری از انتشار امواج در یک فرکانس معین می شود. ظهور ساختارهای EBG، کاربردهای آنتنی بسیار جدیدی را به همراه داشت. دو ویژگی اساسی شکاف باندهای الکترومغناطیسی، تضعیف مدهای زیر لایه ای ناخواسته و داشتن رفتاری مشابه صفحه زمین مغناطیسی مصنوعی است. امروزه بسیاری از آنتن ها بایستی کوچک و پهن باند باشند. دستیابی به چنین آنتن هایی نیاز به زیر لایه ای ضخیم با گذردهی الکتریکی بالا دارد. چنین زیرلایه ای دو عیب عمده دارد: ماده ای با گذردهی نسبی بالا از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست و دومین ایراد به مدهای زیرلایه ای ناخواسته بازمی گردد که در لبه های زیرلایه منتشر و اثر مخربی بر پترن تشعشعی آنتن دارند. در سال 1990 میلادی، محققان یک ساختار شکاف باند الکترومغناطیسی را به عنوان زیرلایه معرفی کردند که قابلیت حذف مدهای زیرلایه ای ناخواسته را داشت.
فصل اول این پایان نامه، کلیات موضوع مورد تحقیق را در بر می گیرد. این فصل در سه بخش تنظیم شده است. در بخش اول به هدف پایان نامه، در بخش دوم به پیشینه تحقیق و در بخش سوم به روش کاری مورد استفاده پرداخته می شود.
در فصل دوم به شناخت مواد EBG، ویژگی ها و کاربردهای آن می پردازیم.
فصل سوم شامل طراحی زیرلایه EBG برای استفاده در آنتن پچ شکافی است. پس از شبیه سازی آنتن مذکور، نتایج استخراج می گردد. در این آنتن از دو نوع قطبی شدگی استفاده شده است. در پایان فصل هم به مقایسه ای بین آنتن با و بدون زیرلایه EBG پرداخته می شود.
در فصول چهارم و پنجم آنتن پچ ماکرواستریپ با بهره گرفتن از فوق لایه EBG یک و سه بعدی شبیه سازی می شود. در ادامه به طراحی این فوق لایه ها در یک و سه بعد پرداخته می شود. در پایان اثرات این دو نوع فوق لایه بر عملکرد آنتن مورد ارزیابی قرار می گیرد. این آنتن نیز از دو نوع قطبی شدگی خطی و دایروی استفاده می کند.
در فصل ششم از مواد EBG به عنوان بازتابنده استفاده شده است. آنتن به کار رفته در این قسمت، تک قطبی است. نتایج حاصل از شبیه سازی نیز ارائه شده است.
برای شبیه سازی مواد EBG و آنتن ها از نرم افزار HFSS10 استفاده شده است.
فصل هفتم نتیجه گیری و پیشنهادات را در بر می گیرد.

امروزه در عصر ارتباطات و گسترش روزافزون استفاده از شبكه های تلفن ،موبایل و اینترنت در جهان ومحدودیت پهنای باند در شبكه های مخابراتی، كدینگ و فشرده سازی صحبت امری اجتناب ناپذیر است. در چند دهه اخیر روش های كدینگ مختلفی پدید آمده اند ولی بهترین و پركاربردترین آنها كدك های آنالیزباسنتز هستند كه توسط Atal & Remede در سال 1982 معرفی شدند [2]. اخیرا مناسبترین الگوریتم برای كدینگ صحبت با كیفیت خوب در نرخ بیت های پائین و زیر 16 kbps، روش پیشگویی خطی باتحریک كد (CELP) می باشد كه در سال 1985 توسط Schroeder & Atal معرفی شد [8] و تا كنون چندین استاندارد مهم كدینگ صحبت بر اساس CELP تعریف شده اند.
در سال 1988 CCITT برنامه ای برای استانداردسازی یک كدك 16 kbps با تاخیراندك و كیفیت بالا در برابر خطاهای كانال آغاز نمود و برای آن كاربردهای زیادی همچون شبكه PSTN ،ISDN، تلفن تصویری و غیره در نظر گرفت. این كدك در سال 1992 توسط Chen et al. تحت عنوان LD-CELP معرفی شد [6] و بصورت استاندارد G.728 در آمد [9] و در سال 1994 مشخصات ممیز ثابت این كدك توسط ITU ارائه شد[10] . با توجه به كیفیت بالای این كدك كه در آن صحبت سنتز شده از صحبت اولیه تقریبا غیرقابل تشخیص است و كاربردهای آن در شبكه های تلفن و اینترنت و ماهواره ای در این گزارش به پیاده سازی این كدك می پردازیم.
در فصل اول به معرفی وآنالیز سیگنال صحبت پرداخته می شود و در فصل دوم روش ها و استانداردهای كدینگ بیان می شوند. در فصل سوم كدك LD-CELP را بیشتر بررسی می كنیم و در فصل چهارم شبیه سازی ممیز ثابت الگوریتم به زبان C را بیان می نمائیم. و در پایان در فصل 5 به نحوه پیاده سازی بلادرنگ كدكG.728 بر روی پردازنده TMS320C5402 می پردازیم.
فصل اول
بررسی و مدل سازی سیگنال صحبت
1-1- معرفی سیگنال صحبت
صحبت در اثر دمیدن هوا از ریه ها به سمت حنجره و فضای دهان تولید می‏شود. در طول این مسیر در انتهای حنجره، تارهای صوتی قرار دارند. فضای دهان را از بعد از تارهای صوتی، لوله صوتی می‏نا مند كه در یک مرد متوسط حدود cm 17 طول دارد . در تولید برخی اصوات تارهای صوتی كاملاً باز هستند و مانعی بر سر راه عبور هوا ایجاد نمی‏كنند كه این اصوات را اصطلاحاً اصوات بی واك می‏نامند. در دسته دیگر اصوات ، تارهای صوتی مانع خروج طبیعی هوا از حنجره می‏گردند كه این باعث به ارتعاش درآمدن تارها شده و هوا به طور غیر یكنواخت و تقریباً پالس شكل وارد فضای دهان می‏شود. این دسته از اصوات را اصطلاحاً باواك می‏گویند.
فركانس ارتعاش تارهای صوتی در اصوات باواك را فركانس Pitch و دوره تناوب ارتعاش تارهای صوتی را پریود Pitch می‏نامند. هنگام انتشار امواج هوا در لوله صوتی، طیف فركانس این

امواج توسط لوله صوتی شكل می‏گیرد و بسته به شكل لوله ، پدیده تشدید در فركانس های خاصی رخ می‏دهد كه به این فركانس های تشدید فرمنت می‏گویند.
از آنجا كه شكل لوله صوتی برای تولید اصوات مختلف، متفاوت است پس فرمنت ها برای اصوات گوناگون با هم فرق می‏كنند. با توجه به اینكه صحبت یک فرایند متغییر با زمان است پس پارامترهای تعریف شده فوق اعم از فرمنت ها و پریود Pitch در طول زمان تغییر می‏كنند به علاوه مد صحبت به طور نامنظمی از باواك به بی واك و بالعكس تغییر می‏كند. لوله صوتی ، همبستگی های زمان-كوتاه ، در حدود 1 ms ، درون سیگنال صحبت را در بر می‏گیرد. و بخش مهمی از كار كدكننده های صوتی مدل كردن لوله صوتی به صورت یک فیلتر زمان-كوتاه می‏باشد. همان طور كه شكل لوله صوتی نسبتاً آهسته تغییر می‏كند، تابع انتقال این فیلتر مدل كننده هم نیاز به تجدید، معمولاً در هر 20ms یکبارخواهد داشت.

استفاده روزافزون از موتورهای الکتریکی و مبدل های الکترومکانیکی در صنایع، مراکز تجاری و لوازم خانگی بازار گسترده ای را برای الکتروموتورها و سیستم های کنترل دور آنها فراهم آورده است. بر همین اساس رقابت وسیعی بین تولیدکنندگان برای طراحی الکتروموتورها و سیستم های کنترل دور ارزانتر با بازده بیشتر و قابلیت اطمینان بالاتر وجود دارد.
انواع موتورهای الکتریکی با ویژگی های مختلف هرکدام برای کاربردهای خاص طراحی و ساخته می شوند. در این راستا متخصصین و محققین پیوسته به دستاوردهای جدیدی دست می یابند و درصدد تسهیل عمل مکانیسم ها توسط انرژی الکتریکی و قابلیت کنترل آنها می باشند. نظر به اینکه موتورهای الکتریکی از مهمترین ابزار در صنعت می باشند، تهیه و ارائه ماشین هایی که هزینه نگهداری کمتر با بیشترین بازدهی و قابلیت کنترل را دارا باشند، هدف بسیاری از متخصصین و محققین مربوطه می باشد. در این راستا موتورهای سوئیچ رلوکتانس SRM جایگاه ویژه ای پیدا کرده اند. این موتورها به خاطر ساخت و سادگی و گونه های مختلف آن در بسیاری از کاربردهای روزمره، صنعت، نیروگاه ها و حتی هوانوردی کارآیی فراوانی دارند.
روش های گوناگونی جهت کنترل موتور سوئیچ رلوکتانس وجود دارد. در این روشها سعی شده است که از کمترین اجزاء ممکن، جهت کنترل هرچه بهتر و دقیق تر این نوع موتورها استفاده شود. از جمله این روشها می توان روش میکروکنترلی را نام برد. انعطاف پذیری و قابلیت انطباق میکروکنترلر با هر سیستمی، موجبات کاربرد عمومی اش را میسر کرده است. دقت بالای میکروکنترلر، امکانات وسیعی را در اختیار استفاده کنندگان این وسیله قرار می دهد.
در این روش به جای استفاده از حسگرهای موقعیت از جمله سنسور هال و اپتوکوپلر، با بهره گرفتن از سیم پیچ های مشابه سیم پیچ های استاتور، تغییرات اندوکتانس L را در اثر حرکت روتور به تغییرات زمان T تبدیل می کنیم و جهت پردازش به میکروکنترلر می دهیم. تغییرات زمان برای میکروکنترلر قابل سنس می باشد. بنابراین تغییرات زمان نشان دهنده تغییر زاویه روتور نسبت به استاتور خواهد بود. این تبدیل تغییرات اندوکتانس به تغییرات زمان با بهره گرفتن از یک اسیلاتور امکان پذیر است. پس از پردازش روی سیگنال اسیلاتور توسط میکروکنترلر، قطب ها در زاویه مناسب سوئیچ خواهند شد. علت نام گذاری سوئیچ روی این موتور نیز به این دلیل می باشد. با این روش سنسورهای تعیین موقعیت روتور ساده تر شد و دقت عمل بالاتر می رود. البته روش های بدون حسگر دیگر نیز وجود دارند که به آن اشاره خواهد شد.
شایان ذکر است که در طراحی این گونه موتورها عموما مسئله خاصی از قبیل: گشتاور بالا، سرعت بالا، صدای کم، یا دقت در تنظیم دور و یا گشتاور و همچنین اقتصادی تر شدن درایور مدنظر می باشد.
در این پروژه که از مدنظر خواهد گذشت بر روی تشخیص جایگاه روتور موتور سوئیچ رلوکتانس (SRM) به وسیله روش مخابراتی بحث خواهد شد. در این پروژه که به وسیله مدولاسیون (AM (Amplitude Modulation مطرح شده، کار نوینی انجام شده است. در این روش استارت موتور برای اولین بار اجرا شده و سرعت آن به حدود 5000RPM رسیده است. در حالی که در مقاله ارائه شده در حالت حرکت موتور با این روش، سرعت تا 3000RPM رسیده بود و بر روی استارت موتور عملی صورت نگرفته بود.
در فصل دوم ابتدا ساختار موتور سوئیچ رلوکتانس و نحوه عملکرد آن، مدارهای مبدل و روش های کنترل دور موتور سوئیچ رلوکتانس ارائه شده است. فصل سوم بر روی تشخیص جایگاه روتور موتور سوئیچ رلوکتانس به وسیله روش مدولاسیون دامنه (AM) بررسی خواهد شد و در فصل آخر (فصل چهارم) نتیجه گیری و پیشنهادات آورده شده است.

:
تحولات سریع فن آوری مخابرات و فراهم آمدن امکان انتقال اطلاعات چند رسانه ای دیجیتال از طریق شبکه های مخابراتی، نیازهای امنیتی جدیدی را مطرح ساخته است. در این راستا و به دنبال پیدا کردن روشی برای حفظ امنیت محصولات چند رسانه ای دیجیتال دو روش رمزنگاری و نهان نگاری به صورت مکمل یکدیگر رشد کرده اند. مساله ای که به دلیل خصوصیات ویژه محصولات دیجیتال اهمیت پیدا می کند این است که این محصولات پس از رمزگشایی دقیقا مشابه با محصول اولیه هستند و هیچ گونه حفاظتی در برابر کاربردهایی مثل تهیه کپی غیرمجاز، نقض حق مالکیت، تغییر غیرمجاز محتوای اطلاعاتی و یا پخش غیرمجاز بر روی آنها وجود ندارد. لذا نهان نگاری بسته به هر کاربرد امکانی را برای جلوگیری از سوء استفاده ایجاد می کند و در مورد استگانوگرافی روشی را برای مخابره سری ارائه می نماید.
در بیشتر کاربردها نهان نگاره به صورت نامحسوس در بخش هایی از محصول دیجیتال وارد می شود به طوری که تزویج بین این اطلاعات نامحسوس و محصول دیجیتال اولیه به اندازه ای باشد که اشخاص غیر مجاز قادر به شناسایی و حذف این اطلاعات نامرئی نباشند و حداقل اینکه حذف غیر مجاز آنها کاهش چشمگیر کیفیت در محصول دیجیتال را به دنبال داشته باشد.
1-1- اهمیت نهان نگاری
هرجا صحبت از خلاقیت و تولید به میان آمده همیشه نگرانی از سوء استفاده را نیز با خود به همراه داشته است. مقابله و ایمن سازی محصولات یا اوراق بهادار در مقابل سوء استفاده از دغدغه های دیرین بشر بوده است. معمولا خسارتی که از ناحیه سوء استفاده کنندگان به مالکین وارد می شود با تنبیه خاطیان جبران نمی شود لذا همیشه راه های پیشگیری ترجیح داده می شود. از نظر کلی نهان نگاری به هر اقدامی که در جهت جلوگیری از سوء استفاده یا اخطار به سوء استفاده کنندگان صورت پذیرد اطلاق می شود.
پرکاربردترین نوع نهان نگاری در چاپ اسکناس برای جلوگیری از جعل آن دیده می شود. وجود تصویر محوی که در گوشه اسکناس در مقابل نور دیده می شود جعل آن را مشکل – یا حداقل پرهزینه – می کند.
2-1- تاریخچه نهان نگاری
از آنجا که اسکناس رایج ترین و قدیمی ترین برگ بهادار است انتظار داریم قدمت نهان نگاری حداقل به قدمت چاپ اسکناس باشد. آثار به جا مانده از تمدن چین باستان این موضوع را تأیید می کند. البته شکل دیگری از نهان نگاری که به استگانوگرافی معروف است ریشه در تمدن یونان باستان دارد. استگانو نام برده ای بود که باید پیغامی مبنی بر حمایت از قیام نایب السلطنه یونانی یکی از مستعمرات ایران را حمل می کرد. این پیغام پس از تراشیدن موهای برده بر پوست سر وی نگاشته شده و برده مذکور پس از بلند شدن موی سرش به شهر مورد نظر فرستاده شد.
در گذشته اغلب از تکنیک های نهان نگاری در کاربردهایی چون اسکناس، اسناد ملکی و سایر اوراق بهادار استفاده می شده است. ولی بکارگیری نهان نگاری در حوزه صوت یا تصویر از وقتی مطرح شد که امکان انتقال و ضبط این سیگنال ها به وجود آمد چرا که با چنین امکانی جعل و سوء استفاده از آن نیز مطرح شد.
امروزه با رشد روزافزون کاربرد محصولات چند رسانه ای نیاز به ایجاد یک سپر مطمئن برای جلوگیری از سوء استفاده محصولات ضروری به نظر می رسد، کاری که مطالعه بر روی آن از حدود دو دهه قبل آغاز شده و اینک جنبه کاربردی پیدا کرده است.
از جمله مشتریان خوب نرم افزارهای نهان نگاری شرکت های چند رسانه ای هستند. چرا که مایلند همواره انحصار در تولید یک نرم افزار – که اغلب یک محصول چند رسانه ای است – را به خود اختصاص دهند. استراتژی این شرکت ها هشدارهای بازدارتده و سپس احقاق حق با بهره گرفتن از قوانین حق مولف است. لذا شدیدا نیازمند فراگیر و یکدست شدن این قوانین هستند. بخش های نظامی – امنیتی نیز علاقه فراوانی به نهان نگاری به ویژه روش های معطوف به استگانوگرافی – برای انتقال امن اطلاعات – دارند که در ادامه به تفصیل آورده شده است.

هنرمندان، ستاره های سینما، خبرگذاری ها و تهیه کنندگان نیز از جمله کسانی هستند که از پیشرفت نهان نگاری مخصوصا در کاربردهای پایش پخش حمایت می کنند.
استقبال بخش های فوق از بکارگیری نهان نگاری باعث رشد جهش گونه آن علی الخصوص در 5 تا 7 سال گذشته شده است. همین امر باعث شده است کاربردهای جدیدی برای این تکنیک ها پیدا شود و بعید نیست در آینده نیز حوزه بکارگیری آن وسیع تر شود.

در طراحی مدولاتور و دمدولاتور برای کانال های باند محدود باید مشخصه پاسخ کانال ((c(f) را داشته باشیم. اما در سیستم های مخابرات دیجیتال عملی که برای ارسال اطلاعات با سرعت بالا در کانال های باند محدود طراحی شده اند، پاسخ فرکانسی کانال ((c(f) با دقت لازم برای طراحی بهینه فیلترهای مدولاتور و دمدولاتور، شناخته شده نیست. برای مثال در شبکه نسبتا ساده تلفن ثابت در هر زمانی که شماره گیری کنیم کانال انتقال ممکن است متفاوت باشد به علت اینکه مسیر انتقال ممکن است متفاوت باشد. همچنین انواع دیگری از کانال انتقال وجود دارد مانند کانال های انتقال بی سیم از قبیل کانال های رادیویی و کانال های آکوستیک زیرآب که در آنها مشخصه پاسخ فرکانسی متغیر با زمان می باشد. برای این چنین کانال هایی غیرممکن است که بتوانیم فیلترهای دمدولاتور بهینه طراحی کنیم. همان طوری که می دانیم وجود اعوجاج در کانال انتقال یکی از دلایل به وجود آمدن ISI است که اگر در گیرنده جبران سازی نشود موجب به وجود آمدن نرخ خطای بالایی می شود که عملا بازسازی سیگنال فرستاده شده را غیرممکن خواهد ساخت.
برای از بین بردن ISI در سیگنال دریافت شده اکولایزرهای مختلفی می توانند استفاده شوند. الگوریتم های کشف سیگنال که بر پایه جستجوی trellis طراحی شده اند (مانند MLSE یا MAP) عملکرد خوبی در گیرنده دارند، اما از لحاظ محاسبات پیچیده هستند. اما همان طوری که اشاره شد این الگوریتم های کشف نیاز به اطلاعات پاسخ ضربه کانال (CIR) دارند که می تواند توسط تخمینگر کانال جداگانه به دست آید.
دو روش پایه برای تخمین کانال وجود دارد:
– روش استفاده از رشته آموزشی
– روش Blind
در روش تخمین کانال با بهره گرفتن از رشته شناخته شده (آموزشی) این رشته که برای هر فرستنده یکتاست، در هر burst انتقالی فرستاده می شود. بنابراین تخمینگر کانال می تواند CIR را برای هر burst به صورت جداگانه با بهره گرفتن از بیت های مشخص فرستاده شده و نمونه های دریافت شده متناظر با آنها تخمین بزند. هم اکنون این روش بسیار مورد استفاده قرار می گیرد و به راحتی روی هر سیستم مخابراتی قابل پیاده سازیست و پیچیدگی محاسباتی زیادی هم ندارد اما بزرگترین اشکال آن اینست که پهنای باند را هدر می دهد (به خاطر نیاز به فرستادن رشته آموزشی).
اما در مقابل روش Blind نیازی به ارسال رشته آموزشی ندارد و از مشخصات ریاضی خاص اطلاعات در حال ارسال استفاده می کند. این روش در جاهایی که پهنای باند محدودی دارند بسیار مناسب است. اما از لحاظ محاسباتی بسیار پیچیده است بنابراین به کار بردن آن در سیستم های بی درنگ بسیار دشوار است.
در فصل اول روش های پرکاربرد تخمین به صورت نظری بررسی خواهند شد. جهت تکمیل کردن مطالب روش های اولیه تخمین در پیوست 1 آورده شده اند. سپس مطالعات انجام گرفته روی روش های تخمین کانال بررسی خواهند شد. در این بررسی ابتدا روش های تخمین کانال در کانال های ثابت ناشناخته و مدل های ریاضی آنها آورده خواهند شد و سپس تخمین کانال در کانال های متغیر با زمان ناشناخته بررسی می شوند که منجر به بررسی فیلتر وفقی خواهد شد.

در فصل دوم ساختار کلی سیستم OFDM و روش های پیاده سازی آن آورده شده است. سپس در این فصل به بررسی روش های موجود تخمین کانال در سیستم OFDM پرداخته شده است.
در فصل سوم روش های جدیدی از تخمین کانال بر پایه پایلوت در سیستم های OFDM بررسی شده اند که منجر به بازدهی بالاتر در تخمین کانال در این سیستم خواهند شد.
در فصل چهارم این گزارش به بررسی بیشتر الگوریتم های به کار رفته در فصل سوم با توجه به مراجع موجود خواهیم پرداخت و مشاهده خواهیم کرد که روش بررسی شده نسبت به روش های پیشین چه معایب و چه محاسنی دارد. همچنین چند نمونه از شبیه سازی های انجام گرفته توسط نرم افزار MatLab و خروجی های آنها در پایان فصل آورده شده اند.
در پایان و در فصل چهارم نتایج نهایی گرفته شده از گزارش و پیشنهاداتی که ممکن است برای دیگر دانشجویات در جهت کار روی این الگوریتم و نمونه های مشابه کارساز باشد آورده شده اند.