117 اضتخدام التشل ل متعدد املداخل - متعدد املخازج األمجل لصياد املدى يف أنظم اتصاالت املسكبات اجلىي املط س د. حلمت عبد القادز زادح اضتاذ يف قطم اهلهدض اإلللرتون واالتصاالت - كل اهلهدض امل لان ل واللهسبائ - دامع البعح - ضىزيا. Email: dr.hekmat1rajeh@gmail.com م. حممد عبد السشاق بلاز طالب دكتىزاه - قطم اهلهدض اإلللرتون واالتصاالت - كل اهلهدض امل لان ل واللهسبائ - دامع البعح - ضىزيا. Email: bakkarmb968@gmail.com اخلالص : تعسض ر املكاي ١ عا إتصاالت الض ه طتدد ايتعد ايسق بإشاس ١ ايط ز ايرتب ع Quadrature Phase (QPSK) Shift Keying عت د ع ٢ اضتددا األ ع ١ تعدد ٠ املداخ تعدد ٠ املدازز ) Multiple Input (MIMO Multiple Output يف املسنبات ادت ١ املط س.Unmanned Aerial Vehicle (UAV) ٠ مت اضتددا ايرت ص ايهت ايص ا املها املتعا د ) Orthogonal Space Time Block Code (OSTBC يف تك ١ ايت ع ايؿطا spatial ٥ diversity ذيو أد ش اد ٠ ث ق /١ نؿا ٠٤ ص ١ االتصاالت ايالض ه ١ بايتاي حتطني عد ارتطأ ي عا. ق ا بدزاض ١ إ ها ١ ت ظ ـ ايتػه األ ج يتشطني عد ارتطأ ي عا يف ش اد ٠ د ٣ االتصا ي سنب ١ ايطا ٥ س ٠ املط س ٠ أث ا ٤ سسنت ا. قد متت املكاز ١ بني ساي ١ اضتددا ايتػه األ ج يـ MIMO-OSTBC ساي ١ اضتددا ايتػه س د ايدخ س د ارتسز ) Single Input Single Output (SISO ع د ن املسض املطتكب. ب ت اي تا ٥ ر أ ايتػه (2 4) يـ MIMO- OSTBC ايتػه األؾط اير قد حتط ا يف ش اد ٠ د ٣ االتصا مبت ضط كداز 3.95 س ٠ ع ايتػه SISO ع د اضتطاع ١ ازضا.PT=40dBm ب ؿظ اي قت أصبض عا SISO غري قادز ع ٢ حتك ل االتصا ع د طاؾ ١ تص إىل سد د 116km ع د 10-3 يك ١ عد خطأ ايبت ) Bit Error Rate (BER طاؾ 12.2km ١ ع د BER=10-7 بني املسض املطتكب. ايه ات املؿتاس :١ اي عا تعدد املداخ - تعدد املدازز اي عا س د ايدخ - س د ارتسز ايرت ص ايهت ايص ا املها املتعا د ايتعد ايسق بإشاس ١ ايط ز ايرتب ع املسنبات ادت ١ املط س. ٠ د. سه ت عبد ايكادز زادض. ست د عبد ايسشام بهاز زت ١ احتاد ادتا عات ايعسب ١ ي دزاضات ايبش خ اهل دض ١ ايعدد 2 زت د 24 عا 2017
118 1 -مقدم : ميه تعس األ ع ١ املط س ٠ بأ ا األ ع ١ اييت تعت د ع ٢ اضتددا ايتشه ع بعد ظط تشسى أ أ حيت ع ٢ طاز رب ر ك ادتط بات باع ب دف ك ع ات اطل ال سغب املطتج س بايت ادد ب ا إىل امل طك ١ اييت ت ادد ؾ ا املطتج س. تتأي ر األ ع ١ دص ٥ ني ز ٥ ط ني ا: املسنب ١ ادت ١ املط س ٠ )UAV( احملط ١ األزض ١. بطبب ايك د املؿس ض ١ ع ٢ األ ع ١ املط س ٠ سذ ش ش ت ؿ ر االضتطاع ١ ايهبري ٠ املط ب ١ ي عا االتصاالت ايتك د SISO املطتدد يف األ ع ١ املط س ٠ ؾإ اي ص ملطاؾات نبري ٠ بني UAV احملط ١ األزض ١ حيتاز إىل اضتطاع ١ نبري ٠ ال طتط ع تأ ا بطبب طب ع ١ صدز ايطاق ١ يف األ ع ١ املط س ٠ )ايبطاز ات( أ الضتدد ا ٥ ات د ١ ي طاؾات ايبع د ٠ أخس ٣ غري د ١ ي طاؾات ايكس ب ١ را أ طا غري اضب يف األ ع ١ املط س ٠ أ الضتددا تك ١ تػؿري ايك ا ٠ Channel Coding أد حتطني طب ١ اإلغاز ٠ إىل ايطذ ر (SNR) Signal to Noise Ratio س ح حتتاز ر ايتك ١ إىل إدسا ٤ ع ات املعادت ١ ايتصش ض يف طسف االضتكبا را جيع اإلغاز ٠ املطتكب ١ ي طت بايص اذتك ك ع ا أ األ ع ١ املط س ٠ حتسص ع ٢ زؤ ١ ايص ز ٠ املطتكب ١ بايص اذتك ك. يريو أد إجياد اذت امل اضب بع دا ع ق د األ ع ١ املط س ٠ ض ا ص اإلغاز ٠ مبطت ٣ أع ٢ سطاض ١ املطتكب د اذتاد ١ إىل ش اد ٠ يه اضتطاع ١ املسض أ عسض اجملا Bandwidth ايرتدد نا البدا اضتبدا عا االتصاالت ايتك د SISO ب عا MIMO-OSTBC ث ال بد حتد د ع ارتؿ ت (fading) اير عا را اي ع االتصاالت را تط ب حتد د ايػس ط اييت جيب أ حتكك ا عا الت اي عا يتبك ٢ ق ا ٠ االتصا بط ١٦ ذات خؿ ت ططض.flat fading مت اضتددا ايبازا رتات األت ١ ي عا االتصا املدز ع: - ايتعد ايسق املطتدد يف ايدزاض ١ QPSK ذيو أل ايع يف اتصاالت األ ع ١ املط س ٠ حيتاز إىل أق عسض زتا تسدد ممه يعد ايتأثري ع ٢ باق أ ع ١ االتصا األخس ٣ )بطبب طاؾ ١ االتصا ايهبري ٠ ( أق طب ١ إغاز ٠ إىل ايطذ ر SNR ممه ١ )بطبب صدز ايتػر ١ ايبطاز ات( تط ب حتك ل عد خطأ بت (BER) Bit Error Rate د د هلر األ ع ١ يريو مت اضتددا عا MIMO-OSTBC اير حيط ث ق ١ ص ١ االتصا. - مت اعت اد زتا عد خطأ ايبت املكب 7-10] ] -3 10 اجملا املعت د ي ك ايص ز ٠ [1] ت تص د د ٠ ايص ز ٠ تبعا يك ١ عد خطأ ايبت. - ايرتدد املطتدد F=2.4GHz ض زتا (UHF) [2,3] Ultra high-frequency ضسع ١ [3] 180km/h UAV أد أخر أثس د ب س. - ضسع ١ املعط ات R b =8.4Mbps ايطسع ١ اييت ت اضتددا ا ع د ك ايص ز ٠ املطػ ط ١ باضتددا املع از.MPEG4 - مت إدسا ٤ احملانا ٠ ع ٢ تػه الت عا MIMO- OSTBC بد ٤ 1 2 ست ٢ 4 4 نشد أقص ٢ ذيو يصع ب ١ اضتددا أنجس أزبع ١ ا ٥ ات يف طسف اإلزضا ذيو أ UAV ذ أبعاد ستد د ٠ أد تأ ني تباعد نايف ا بني اهل ا ٥ ات ع ح ط عد د د تسابط ا بني اإلغازات املسض ١ ر اهل ا ٥ ات ع ا أ ايب ١٦ اييت ت ض ا االتصا يف ساي ١ األ ع ١ املط س ٠ حتت ع ٢ عدد ق اال عهاضات ؾ ه ايرب ا ع ٢ أ ايبعد ا بني اهل ا ٥ ات جيب أ ه أنرب عػس ٠ أضعاف ط امل د ١ ع ٢ األق ي شص ع ٢ تسابط دؿض [4]. - مت إدسا ٤ احملانا ٠ ع ٢ بس ا ر MATLAB R2013a ع ٢ ساضب ست مب اصؿات: Core I3, CPU 1.8GHz, RAM 6 GB, 64-bit Operating System. 2 -منىذج القها يف األنظم املط س : ميه نتاب ١ تابع ك ايك ا ٠ ع ٢ غه زت ع سد Largescale fading اذتد األ عرب ع ارتؿ ت اضع اي طام تر ع اي رد ١ ايؿ ص ا ١ ٥ ي ك ا ٠. أ ا اذتد ايجا ؾ عرب ع ارتؿ ت ض ل اي طام Small-scale fading اتر ع اي رد ١ اإلسصا ١ ٥ ي ك ا ٠ [5,6]. 1-2- منرد اخلفىت واضع الهطاق: مث ١ اى ايعد د اي اذز ايؿ ص ا ١ ٥ املطتدد ١ يف االتصاالت ايالض ه ١ أسد ا من ذز األزض املطت ١ ) ط ل ع أ طا من ذز ايػعاعني( اير طتدد يف
119 امل اطل ارتاي ١ تكس با ايع ا ٥ ل ع د ا ته املطاؾ ١ بني املسض املطتكب نبري ٠ اضب ي رد ١ ارتؿ ت اضع اي طام يف األ ع ١ املط س ٠ [5,6] س ح ته كط ١ اال عهاع ع ضطض األزض قس ب ١ ددا ستط ١ االضتكبا بطبب ؾسم االزتؿاع ايهبري بني UAV احملط ١ األزض ١ را ا ب ايػه )1(. عط ٢ بعد كط ١ تالق ايػعاع امل عهظ ع األزض إىل احملط ١ األزض ١ بايعالق ١ )1(.[7] )1( س ح d: املطاؾ ١ ايؿاص ١ بني UAV احملط ١ األزض ١ ع ٢ ضطض األزض ع د طك ١ احملط ١ األزض ١ h: r ازتؿاع ا ٥ االضتكبا ع ضطض األزض t : h ازتؿاع املسنب ١ ايطا ٥ س ٠ املط س ٠ ع ضطض األزض ع د طك ١ احملط ١ األزض ١. نريو ست ٢ ه اعتباز ضطض األزض ضطشا عانطا ي ظ اثسا scatter اعتبازا صش ش ا جيب أ ه عا ز )H R ( Rayleigh criterion االزتؿاع األعع املط ح ي عا ٥ ل بني كط ١ ايتالق احملط ١ األزض ١ ع ح ال تذا ش ايك ١ امل عطا ٠ بايعالق ١.[7] )2( )2( س ح λ: ط امل د ١. أد ازتؿاع ا ٥ اضتكبا [8] 5000m ع ضطض ايبشس UAV ازتؿاع 5m املطاؾ ١ بني املسض املطتكب [8] 300Km تسدد اذتا f=2.4ghz ع د ٥ ر ه أقص ٢ بعد ي كط ١ طاؾ ١ ايتالق ي ص د ع صػري ٠ ددا باي طب ١ ي بعد بني UAV احملط ١ األزض ١ ه االزتؿاع األعع ي ع ا ٥ ل عد د يريو تط ب تؿس ؼ طك ١ احملط ١ األزض ١ )املطاز( ملطاؾ ١ 300m أ ته خاي ١ ايع ا ٥ ل بازتؿاع أعع ال تذا ش 1m. عت د من ذز ايػعاعني ع ٢ ص طدتني اإلغاز ٠ املسض ١ إىل املطتكب أسدا ا املطاز املباغس األخس ٣ اجت ١ ع اال عهاع ع ضطض األزض. حتتاز اإلغاز ٠ امل عهط ١ إىل قت أط ي ص إىل املطتكب ذيو أ املطاؾ ١ اييت تعرب ا ر اإلغاز ٠ أط املطاؾ ١ اييت تعرب ا اإلغاز ٠ املباغس ٠ تأت أ ١ ايتأخري ايص ين بني اتا اإلغازتا ن حيدد تػتت ايتأخري Delay spread اير دخ يف حتد د طب ع ١ ايك ا ٠ باي طب ١ ي دؿ ت )خؿ ت ططض أ سطاع ي رتدد( أد سطاب را ايتأخري نا ال بد سطاب املطاؾ ١ اييت كطع ا املطاز امل عهظ ؾل ايعالق ١.[7] )3( ايػه )1( خؿ ت من ذز ايػعاعني [2,3]. ) 3( تتطبب اإلغاز ٠ امل عهط ١ ع األزض بإضاؾ ١ سد إىل ارتؿ ت اضع اي طام جيب أ ت أخر بعني االعتباز ع د ايك ا عطابات صا ١ اي ص ١ Link budget ايساد ١ عط ٢ را اذتد بايعالق ١ )4( ط ل ع اض خؿ ت من ذز ايػعاعني [9].
120 )4( ( ) [ ] تطبب را اذتد ب ضع ق د ع ٢ ازتؿاع املسنب ١ ايطا ٥ س ٠ املط س ٠ س ح صتد يف [9] عالق ١ االزتؿاعات األ ج ١ اييت أد ا ه خؿ ت من ذز ايػعاعني طا 6dB أ ط زبض إىل اضتطاع ١ اإلغاز ٠ املطتكب ١ ب ؿظ ايطس ك ١ ميه إجياد عالق ١ االزتؿاعات اذتسد ١ أ ايع ا ٤ االزتؿاعات اييت تؤد إىل دع اذتد ضايبا ذ ق ١ نبري ٠ بايك ١ املط ك ١ مما طبب ا از االضتطاع ١ املطتكب ١ ع ح تصبض ق ت ا أق سطاض ١ املطتكب بهجري. تب ايعالق ١ )5( االزتؿاعات األ ج ١ ؾ ا n عدد صش ض ؾسد دب تب ايعالق ١ )6( االزتؿاعات ايع ا ٤ ؾ ا n عدد صش ض دب [9]. )5( )6( ق ا يف ايػه )2( بتشد د ق ر االزتؿاعات ع د املطاؾ ١ ايؿاص ١ بني UAV احملط ١ األزض ١ )-0=d )300km تسدد ايع f=2.4ghz ازتؿاع ا ٥ االضتكبا h r 5m= ذيو باعتباز أ طك ١ احملط ١ األزض ١ اش ١ يططض ايبشس أ أ ازتؿاع طك ١ احملط ١ األزض ١ ع ضطض ايبشس 0= g h. السغ يف ايػه )2( أ اى ثالث ١ ق د ع ٢ ازتؿاع املسنب ١ ايطا ٥ س ٠ املط س ٠ :UAV األ ق د خط اي عس اير حيدد ايك ايد ا الزتؿاع UAV ميه سطاب ايعالق ١ )7 ) اييت حتدد املطاؾ ١ ايعع ٢ يتشك ل األؾل ايساد بدالي ١ ص قطس األزض ايؿع ا.[10] Effective Earth Radius)EER( ( )7( ) h g س ح: ازتؿاع األزض اييت تت ض ع ع ا احملط ١ األزض ١ ع ضطض ايبشس. ست ٢ تتشكل ايعالق ١ )7( جيب أ حيكل ازتؿاع ا ٥ اإلزضا املرتادش ١ املعطا ٠ بايعالق ١ )8( ذيو ع د تجب ت ن املطاؾ ١ ازتؿاع ا ٥ االضتكبا. ( ) )8( ايك د ايجا سد د االزتؿاع اير تؿسض ايتك ١ املطتدد ١ يف تص ب ا ٤ UAV س ح ال ميه ي سنب ١ ايطا ٥ س ٠ املط س ٠ أ جتتاش را االزتؿاع العتبازات تص ١ ت عاد ٠ تص د ا قب ادت ١ امل تذ ١ نػسط غس ط االضتج از قد اؾرتض ا ا أ را اذتد : ق ١ ع ١ ملج ر األ ع ١ [8]. ايك د ايجايح اذتد اير إذا ا اشداد ازتؿاع UAV ع ؾإ ايك ا ٠ ضتعا خؿ ت سطاع ي رتدد.Frequency Selective fading مت سطاب را اذتد اعت ادا ع ٢ تػتت ايتأخري ايؿسم بني ش ا تػاز أط طاز ( ) ش ا تػاز أقصس طاز ( ) صال إىل املطتكب س ص ي بايس ص ) d T) عط ٢ بايعالق ١ )9(.[11] ) 9( اعت ادا ع ٢ ايعالق ١ )3( هتب عالق ١ تػتت ايتأخري يف ساي ١ من ذز ايػعاعني ؾل ايعالق ١ )11( [12]. )11( س ح D: املطاؾ ١ ايؿاص ١ بني اي كط ١ اييت ت ضع ؾ ا ا ٥ اإلزضا اي كط ١ اييت ت ضع ؾ ا ا ٥ االضتكبا ميه أ حتطب ؾل ايعالق ١ )11(. )11( ميه إعاد ٠ نتاب ١ ايعالق ١ )11( ؾل ايعالق ١ )12(. )12( ايعالق ١ )12( تعط تػتت ايتأخري يف ساي ١ من ذز ايػعاعني بدالي ١ عا الت عا االتصاالت. ميه اقػ ١ ع ارتؿ ت إ ا باالعت اد ع ٢ تػتت ايتأخري ش ايس ص امل سض ض ق ا ٠ االتصا أ خال عسض زتا ايت اضو Coherent ( W C Signal ( W عسض زتا اإلغاز ٠ )bandwidth
121 )bandwidth ته ايك ا ٠ يف ساي ١ خؿ ت ططض ته ايك ا ٠ يف ساي ١ أ ع د أ خؿ ت سطاع ي رتدد ع د ].[11 بايسد ع إىل من ذز ايػعاعني بؿسض اضتددا ايتعد M-PSK س ح n M=2n عدد ارتا ات يف ايس ص ميه أ تعط ٢ ؾرت ٠ ايس ص بايعالق.)13( ١ ( )13 باضتددا ايعالق )12( ١ طتط ع أ هتب ايعالق ١ ( )14 ع ٢ ايػه املب بايعالق.)15( ١ ( )15 بإصالح ايعالق )15( ١ ضتص ع ٢ غسط بكا ٤ ايك ا ٠ عاي ١ خؿ ت ططض امل عط ٢ بايعالق.)16( ١ ( )16 : ضسع ١ املعط ات. ست ٢ ته ايك ا ٠ ذات خؿ ت ططض flat fading جيب أ تتشكل املرتادش ١ امل عطا ٠ بايعالق.[7,11,12] )14( ١ ( )14 5000 4500 3500 3000 2500 2000 1500 minimum heights for UAV maximum heights for UAV ) blind heights(n=1,2,3,4,5 ) optimum heights(n=1,3,5,7,9,11 300 1000 ] blind and optimum UAV heights [m 4000 500 0 50 100 150 200 250 ] distance between the UAV and the ground station [km 0 ايػه ( :)2 ق االزتؿاعات األ ج ١ ايع ا ٤ االزتؿاعات ايد ا ايعع ٢ يـ UAV بدالي ١ املطاؾ ١ ذيو ع د ايبازا رتات األت :١.QPSK,F=2.4GHz,Rb=8.4Mbps,hg=0m,hr=5m -2-2 منرد اخلفىت ض ق الهطاق : ع د ا ه طاز خط اي عس Line Of Sight ) (LOS ايػايب ميه اضتددا من ذز زا ظ Rice ميه نتاب ١ تابع حت ق ا ٠ زا ظ Rice ؾل ايعالق ١ (.[12,13] )17 د. سه ت عبد ايكادز زادض. ست د عبد ايسشام بهاز ( )17 ) ( ] [ س ح k : عا زا ظ عرب ع عالق ١ ايطاق ١ ا بني سص ١ خط اي عس ا بني األغع ١ امل عهط ( ١ ن ا اشدادت k نا خط اي عس أق )٣ تش عػ ا ٥ زت ١ احتاد ادتا عات ايعسب ١ ي دزاضات ايبش خ اهل دض ١ ايعدد 2 زت د 24 عا 2017
122 بت ش ع تع ض اجملا ] ] ) ( تش عػ ا ٥ دا ٥ س ت اظس بت ش ع غا ص اذتد األ يف ايعالق ١ )17( ميج ادتص ٤ املس ٥ specular component أ ا اذتد ايجا ؾ ج املطازات امل تجس ٠ امل عهط ١ diffuse component ع د ا طع 0=k ضتص ع ٢ ت ش ع ز Rayleigh ط 14 ص. يف األ ع ١ املط س ٠ ع ع ٢ تأ ني خط عس دا ٥ بني UAV احملط ١ األزض ١ يريو ؾإ خؿ ت ايك ا ٠ ع زا ظ بطبب ق ١ ايع ا ٥ ل امل د د ٠ س احملط ١ األزض ١ ؾإ ق ١ عا زا ظ ته عاي ١ غايبا ا ت اعت اد 10=k يف ر األ ع ١ [6,15,16]. 3- الرتم ص اللتل الصمان امللان املتعامد ختؿ تعك د املطتكب د ١ أخس ٣ ذيو أ األ ع ١ املط س ٠ عاد ١ إىل ضسع ١ عاي ١ يف ايهػ بايتاي إىل تعك د أق يف د ١ االضتكبا. اى صؿ ؾات أخس ٣ حتكل بدأ ايتعا د ط 18-20 ص إال أ ا حتتاز إىل تكط ش ين أنرب را ص د يف تعك د املطتكب يف مج ع بايتاي ال اضب ايتطب ل. املصؿ ؾات ت ايتعبري ع ايؿرتات ايص ١ خال األضطس ع اهل ا ٥ ات خال األع د ٠. ع د اضتددا ا ٥ ني يف اإلزضا ؾإ صؿ ؾ ١ ايرت ص صؿ ؾ ١ أال ت يف ر اذتاي ١ ه عد ايرت ص full data rate طا ا إىل اي اسد code rate بايتاي ؾإ عد املعط ات بايك ا ٠ ي تأثس. تعط ٢ صؿ ؾ ١ أال ت بايعالق ١ )18( [17]. * + )18( أ ا يف سا اضتددا ثالث ١ ا ٥ ات يف طسف اإلزضا ؾؿ ر اذتاي ١ دد عديني شتت ؿني: عد ايرت ص 1/2: يف ر اذتاي ١ تعط ٢ صؿ ؾ ١ ايرت ص بايعالق ١ )19(.[21-24] [ ] )19( املصؿ ؾ ١ صتد أ ز ص ؾكط ت إزضاهل ا ض أزبع ؾرتات ش ١ يريو ؾإ عد املعط ات ض دؿض إىل اي ص را ا ضبب ن عد ايرت ص 1/2. عد ايرت ص 3/4: يف ر اذتاي ١ تعط ٢ صؿ ؾ ١ ايرت ص بايعالق ١ )21(.[21,22] [ ] )21( املصؿ ؾ ١ صتد أ ثالث ١ ز ش ت إزضاهل ا ض أزبع ؾرتات ش ١ يريو ؾإ عد املعط ات ض دؿض إىل ثالث ١ أزباع را ا ضبب ن عد ايرت ص 3/4. يف سا اضتددا أزبع ا ٥ ات يف طسف اإلزضا يف ر اذتاي ١ دد أ طا عديني تس ص شتت ؿني: :(OSTBC) يف را ايرت ص ت ب ا ٤ صؿ ؾ ١ ايرت ص سطب عدد ا ٥ ات اإلزضا يف سا نا عدد ا ٥ ات اإلزضا إث ا ؾإ صؿ ؾ ١ ايرت ص صؿ ؾ ١ أال ت Alamouti OSTBC املتعا د ٠ املػ ز ٠ أ ا يف ساي ١ أنجس ا ٥ ني يف اإلزضا خيت ب ا ٤ صؿ ؾ ١ ايرت ص املتعا د ٠ إ ا ع ٢ سطاب تعك د املصؿ ؾ ١ أ ع ٢ سطاب عد املعط ات. اهلدف ش اد ٠ زبض ايت ع diversity Gain اير غأ ش اد ٠ ث ق ١ ايك ا ٠ ذات ارتؿ ت fading را ا طع ٢ إي يف األ ع ١ املط س ٠. متتاش املصؿ ؾات املتعا د ٠ بط ي ١ ايت ؿ ر ض ي ١ االضتكبا اير ميه أ ت ب ضاط ١ املعادت ١ ارتط ١ يف املطتكب [17]. ختت صؿ ؾات ايرت ص باختالف شتطط ايه نب ١ Constellation diagram ي عا ايتعد ؾ ا إذا نا ت اإلغازات سك ك ١ أ عكد ١ يف را ايبشح اعت د ا ايتعد QPSK ض ف ت ؾكط باملصؿ ؾات املطتدد ١ يف اذتاي ١ ايعكد ١. اعت ادا ع ٢ عس ١ ايتص املتعا د ؾكد ب س ع ٢ أ ال ميه ب ا ٤ صؿ ؾات تعا د ٠ مبعد عط ات نا full data rate إال يف ساي ١ د د ا ٥ ا يف اإلزضا [18] أ ا يف ساي ١ ثالث ١ ا ٥ ات أ أنجس ؾإ املصؿ ؾات املتعا د ٠ اييت ضتص ع ا ضت دؿ ض عد املعط ات يف ايك ا ٠ ب طب ١ 3/4 أ ب 1/2. را ايتعا د ايطبب ايس ٥ ط يف ستد د ١ ن ١ املصؿ ؾات املتعا د ٠ اييت ميه اضتددا ا. يف را ايبشح ق ا باضتددا املصؿ ؾات األنجس غ عا د ١ اييت
123 عد ايرت ص :1/2 يف ر اذتاي ١ تعط ٢ صؿ ؾ ١ ايرت ص بايعالق )21( ١ ].[21,22 ( )21 ] أؾط ايتػه ايتػه س ح عد خطأ ايبت اذتذ اي ش ع.UAV ٢ أؾط ايتػه ايتػه س ح عد خطأ ايبت اذتذ اي ش ع.UAV ٢ ق ا بسض ش ات عد ارتطأ ي تػه الت ايطت ١ املتبك ١ ي كاز : ١ ن ا ب بايػه (.)3 [ املصؿ ؾ ١ صتد أ ز ص ؾكط ت إزضاهل ا ض أزبع ؾرتات ش ١ يريو ؾإ عد املعط ات ض دؿض ي صـ را ا ضبب ن عد ايرت ص.1/2 2x2 2x3 عد ايرت ص :3/4 3x3 2x4 يف ر اذتاي ١ تعط ٢ صؿ ؾ ١ ايرت ص بايعالق )22( ١ 3x4 ].[21,22 4x4-3 -4 ( )22 ] [ املصؿ ؾ ١ صتد أ ثالخ ز ش ت إزضاهل ا ض أزبع ؾرتات ش ١ يريو ؾإ عد املعط ات ض دؿض إىل ثالث ١ أزباع را ا ضبب ن عد ايرت ص.3/4 13 Design and -4 التصم م واحملاكا :Simulation مت اضتددا بس ا ر MATLAB- R2013a أد ايتص احملانا ٠ مت ب ا ٤ مناذز احملانا ٠ ي تػه الت األت :١ ب ت تا ٥ ر احملانا ٠ ي تػه الت االث يت عػس ٠ ايطابك ١ بعد ت س د ضسع ١ املعط ات املسض ١ ض ق ا ٠ االتصا (بطبب اذتاد ١ إىل ؿظ عسض اجملا ايرتدد يهاؾ ١ ايتػه الت املدز ض )١ ا : أؾط ايتػه الت ايتػه س ح عد خطأ ايبت اذتذ اي ش ع ٢ املسنب ١ ايطا ٥ س ٠ املط س.٠ أؾط ايتػه ايتػه س ح عد خطأ ايبت اذتذ اي ش ع.UAV ٢. ست د عبد ايسشام بهاز د. سه ت عبد ايكادز زادض -6-7 12 11 8 9 ] Es/N0 [db 7 6 5 4 3 ايػه ( )3 ايتػه الت ايطت ١ املتبك ١ ي كاز ١ السغ ايػه ( )3 أ ش اد ٠ ا ٥ يف االضتكبا ) أؾط إىل (اال تكا إىل ش اد ٠ ا ٥ يف اإلزضا (اال تكا. ) يريو ميه اضتبعاد ايتػه ب ايػه ( )3 أ ايتػه الت ايجالث ١ ت ػه ؿظ اذتذ اي ش ع ٢ املسنب ١ ايطا ٥ س ٠ املط س ٠ يريو ض ت اضتبعاد ن ايتػه ايتػه ني حيكل ؾس يف طب ١ اإلغاز ٠ إىل ايطذ ر ع نال ايتػه ني مبكداز 3.92dB 1.52dB ع ٢ ايرتت ب ع د عد خطأ.10-7 يريو تعترب ايتػه الت أؾط ثالخ تػه الت اس ١ عد خطأ ايبت ن ا ب بايػه (.)4 زت ١ احتاد ادتا عات ايعسب ١ ي دزاضات ايبش خ اهل دض ١ ايعدد 2 زت د 24 عا 2017 ber -5
124 ب ايػه ( )4 أ أنرب ق ١ حتط كد ا ايتػه 0.33dB ع ايتػه ع ٢ نا زتا عد خطأ ايبت املعت د يف ايدزاض ١ ] [10-7 10-3 ر ايك ١ تع د ق ١ صػري ١ ٠ نأؾط تػه يريو ض ت اعت اد ايتػه MIMO-OSTBC س ح املعادت ١ اذتذ اي ش ع د أؾط تػه اضب يأل ع ١ املط س.٠-3 1x1 2x4-4 -3-6 2x4 3x4 4x4-4 -7 35-6 -7 9 8 7 6 ] Es/N0 [db 5 4 3 ايػه ( )4 تا ٥ ر احملانا ٠ ي تػه الت ايجالخ ق ا بإدسا ٤ ستانا ٠ ي عا االتصا ايتك د SISO ملعسؾ ١ د ٣ ايتشط أد املكاز ١ ع ايتػه يف عد ارتطأ اإلضتؿاد ٠ اير قد ايتػه را ايتشط يف ش اد ٠ د ٣ االتصا يـ سنب ١ ايطا ٥ س ٠ املط س ٠ ن ا ض س ٣ السكا. ب ايػه ( )5 تا ٥ ر احملانا ٠. ي تػه ني ber -5 30 25 15 20 ] Es/N0 [db 5 0 ايػه ( )5 تا ٥ ر احملانا ٠ ي تػه ني 1 1 2 4 بني ايػه ( )6 املدطط ايص د ق ي عا االتصاالت املساد تص اير تأيـ قط املسض ( )UAV امله يد عط ات ث ا ١ ٥ املعد س ص OSTBC ث تسض ايس ش عرب اهل ا ٥ ات املتعدد ٠ إىل ق ا ٠ االتصا أ ا قط املطتكب (احملط ١ األزض )١ ه ؿهو تس ص ناغـ تعد املعط ات املطتكب ١ بعد ا سطاب عد ارتطأ ي عا. ايػه ( )6 املدطط ايص د ق ي عا MIMO-OSTBC ب ايػه ( )7 املدطط ايص د ق يك ا ٠ االتصا ي عا MIMO-OSTBC املدز ع.. ست د عبد ايسشام بهاز د. سه ت عبد ايكادز زادض زت ١ احتاد ادتا عات ايعسب ١ ي دزاضات ايبش خ اهل دض ١ ايعدد 2 زت د 24 عا 2017 ber -5
125 مت ب ا ٤ مناذز احملانا ٠ يهاؾ ١ ايتػه الت االث يت عػس ٠ األ ؿ ١ ايرنس أد اذتص ع ٢ اي تا ٥ ر املب ١ يف االغها )3( )4( )5( قد مت االنتؿا ٤ بعسض من ذز احملانا ٠ ي تػه املب يف ايػه ني )8( )9(. ب ايػه )8( من ذز احملانا ٠ ي تػه 4 2: ايػه )7( املدطط ايص د ق يك ا ٠ االتصا الشلل )8( منىذج احملاكا للتشل ل 4 2 ب ايػه )9( من ذز ايك ا ٠ ايتؿص املط ٢ ب 4 2 Fading Channel يف ايػه )8(:
126 ايػه )9( من ذز ايك ا ٠ ي تػه 4 2 5- شياد املدى الر ي خدثه التشل ل 4 2 عو التشل ل االزتؿاع العتبازات تص ١ قد اعت د ا را االزتؿاع يف ايدزاض ١ 5000m. يه ط عد إ از االضتطاع ١ املطتكب ١ بطبب د د اإلغاز ٠ امل عهط ١ ع األزض جيب أ تكع االزتؿاعات املدتاز ٠ ي UAV أث ا ٤ ت ؿ ر املطاز املط ب ض أسد زتاالت االزتؿاعات األ ج ١ اييت ط ؾ ا بكا ٤ ؾسم ايصؿش ١ بني اإلغاز ٠ املباغس ٠ امل عهط ١ أق ايك ١ اييت تؤد إىل دع طب ١ اإلغاز ٠ إىل ايطذ ر ع ٢ دخ ايهاغ غري ناؾ ١ يتأ ني است ا ارتطأ املكب ض اجملا ] 3-10 7-10] إذا ع د ن طاؾ ١ ؾاص ١ بني UAV احملط ١ األزض ١ دد سد أد ٢ سد أع ٢ باإلضاؾ ١ إىل زتاالت االزتؿاعات األ ج ١ االزتؿاعات ايع ا ٤ ي سنب ١ ايطا ٥ س ٠ املط س ٠. أسد أ املػان اييت مت عادتت ا ع د اال تكا أ ع ١ SISO إىل أ ع ١ MIMO-OSTBC ش اد ٠ د ٣ االتصا ي :1 1 السغ ايػه )2( أ املسنب ١ ايطا ٥ س ٠ املط س ٠ تع ض طك ١ ستد د ٠ بجالث ١ ق د الزتؿاع ا : 1- سطب ايعالق ١ )16( دد سد أع ٢ جيب أال تتذا ش املسنب ١ ايطا ٥ س ٠ املط س ٠ إال أصبشت ايك ا ٠ سطاض ١ ي رتدد (Frequency Selective) تع ل را االزتؿاع باملطاؾ ١ بني املسض املطتكب. 2- بطبب نس ١ األزض ؾ ذب أ حتكل UAV ازتؿاع اذتد األد ٢ ؾل عالق ١ األؾل ايساد )8( ست ٢ ت تأ ني اتصا صش ض. 3- االزتؿاع اير تؿسض ته ي د ا األ ع ١ املط س ٠ س ح ال ميه ي UAV أ جتتاش را
127 ( ) )29( ست ٢ ه االتصا ستككا جيب أ تشكل ايػسط بايتاي ميه أ هتب ايعالقتني )23( )29( ايص ػ ١ املب ١ بايعالق ١ )33(. ( ) )33( UAV ذيو بطبب قدز ٠ أ ع ١ اهل ا ٥ ات املتعدد ٠ ع ٢ اضتكبا إغازات ذات طب ١ إغاز ٠ إىل ايطذ ر دؿط ١ ددا كاز ١ ع أ ع ١.SISO ت عط ٢ االضتطاع ١ املط ب ١ ع ٢ دخ املطتكب اييت تعهظ طب ١ إغاز ٠ إىل ايطذ ر ق ت ا اييت حتكل عد خطأ بت كب ي عا QPSK بايعالق ١ )23(.[4,25] )23( س ح: طب ١ االغاز ٠ إىل ايطذ ر ع ٢ دخ طتكب عا SISO أ ع د ن ا ٥ اضتكبا يف عا MIMO ايهجاؾ ١ ايط ؿ ١ الضتطاع ١ ايطذ ر noise power spectral density تعط ٢ بايعالق ١ )24( [4,25]. )24( س ح: زق ايطذ ر ي طتكب Noise Figure إذا نا املطتكب جاي ع د ٥ ر ه تصبض ايعالق ١ )24( تهتب بايعالق ١.)25( )25( د ١ أخس ٣ ميه أ هتب عالق ١ االضتطاع ١ املطتكب ١ ع د ا كد املسض اضتطاع ١ إزضا بايعالق ١ )26(.[1,9] )26( س ح: زبض خؿ ت من ذز ايػعاعني عط ٢ بايعالق ١ )27(.[9] ( ( )) )27( ع د اخت از ازتؿاع اي UAV يف تص زتا االزتؿاعات األ ج ١ ه ع د ٥ ر [9]. ؾكد املطاز اذتس عط ٢ بايعالق ١ )28(.[9] ( ) )28( بتع ض ايك ايعالق ١ )28( ايعالق ١ )26( هتب ايعالق ١ )29(. يف بإصالح ايعالق ١ )33( ت هتب بايعالق ١ )31(. )31( ر ايعالق ١ صش ش ١ ؾكط ع د ا ه املد ٣ أق املد ٣ األعع احملط ب ايعالق ١ )7( اير ط ض ب أؾل االتصا س ح طتكس املد ٣ ع ٢ املد ٣ األعع ا شادت اضتطاع ١ اإلزضا ؾل ايعالق ١ )31(. ع د ا ته اضتطاع ١ اإلزضا ع ٢ UAV أق االضتطاع ١ املط ب ١ يب ؽ املد ٣ األعع ي تػه 4 2 يف ر اذتاي ١ عط ٢ زبض املد ٣ بايعالق ١ )32(: )32( ايعالقتني )31( )32( هتب زبض املد ٣ بايعالق ١ :)33( ( )33( ) اعت ادا ع ٢ ايعالق ١ )33( ايػه )5( أد ايبازا رتات ايتاي ١ : ميه سطاب ت ؾري املد ٣ ي تػه 4 2 باملكاز ١ ع ايتػه 1 1 ن ا بني بايػه )13(. بني ايػه )13( أ ق ١ زبض املد ٣ ال تك ع 163Km را ا د ع ٢ قدز ٠ األ ع ١ ذات اهل ا ٥ ات املتعدد ٠ ع ٢ س ػه ١ املد ٣ ب ؽ طاؾات أنرب بهجري ت و اييت ميه اي ص إي ا باضتددا األ ع ١ ذات اهل ا ٥ اي س د ؾ جال أد است ا خطأ طا إىل 6- BER=10 صتد أ ايتػه 4 2 طتط ع أ ب ؼ طاؾ ١ 191Km ب ا طتط ع عا SISO أ ب ؼ طاؾ ١ 27Km ؾكط را ا د ع ٢ س ػه ١ املد ٣ بػه ممتاش.
128 5 x 10 1 1 2 4 difference 3.5 3 2.5 2 ] d [m 1.5 1 0.5-4 -3-5 0-7 -6 ber ايػه ( )01 اي ؾس يف املد ٣ بني ايتػه ني 1 1 2 4 بدالي ١ عد ارتطأ أخريا دزض ا تػري زبض املد ٣ بدالي ١ اضتطاع ١ املسض اعت ادا ع ٢ ايعالق )33( ١ ايػه ( )5 بني ايػه ( )11 تػريات زبض املد ٣ ع تػري اضتطاع ١ املسض ض ( )30-63dBm ع د است ا خطأ اجملا 10-6 نريو ع د اضتددا ايبازا رتات ايتاي :١ UAV س ح نا املد ٣ األعع ي ـ ذيو اعت ادا ع ٢ ايعالق ١ (.)7 5 x 10 1 1 2 4 difference 3.5 3 2.5 2 ] d [m 1.5 1 0.5 65 60 55 45 50 ] PT [dbm 40 35 0 30 ايػه ( )00 اي ؾس يف املد ٣ بني ايتػه ني 1 1 2 4 بدالي ١ اضتطاع ١ املسض. ست د عبد ايسشام بهاز د. سه ت عبد ايكادز زادض زت ١ احتاد ادتا عات ايعسب ١ ي دزاضات ايبش خ اهل دض ١ ايعدد 2 زت د 24 عا 2017
129 RTO SCI Symposium on Warfare Automation: Procedures and Techniques for Unmanned Vehicles, held in Ankara, Turkey, 26-28 April and published in RTO MP-44, pp. (B10-1)-(B10-13). [2] Lucchi,M., Giorogetti,A., Win,M. Z., and Chiani,M. (2007) "using a UAV to collect data from low-power wireless". Aerotecnica Missilie Spazio, Vol. 86(3), pp. 141-150. [3] Sathya,N.V. (2013) "Propagation channel model between UAVs for emergency communications". Master Thesis, Aalto University, pp. 63. [4] Volker,K. (2006) "Wireless communications over MIMO channels". John Wiley & Sons, England, pp. 390. [5] Yin,Z., Shi,Z., Liang,J., and Wu,Z. (2010) "Design of Unmanned Aerial Vehicle Space Communication Link based on DS-UWB". Information Technology Journal, Vol. 9(8), pp. 1713-1718. [6] Dac,T.H. (2010) "Studies on Multiple Access for Aeronautical Wireless Network". Waseda University, Doctoral Dissertation, pp. 162. [7] Seybold,J.S. (2005) "Introduction to RF Propagation". John Wiley & Sons, New Jersey, pp. 349. [8] Austin,R. (2010) "Unmanned Aircraft Systems". John Wiley & Sons, United Kingdom, pp. 365. -6 االضتهتادات :Conclusions اضتطع ا خال را ايبشح أ طت تر ا : أ أؾط تػه MIMO-OSTBC أ- طتدد يف األ ع ١ املط س ٠ اييت تعت د اضتددا تك ١ اهل ا ٥ ات املتعدد ٠ ايرت ص ايهت ايص ا املها املتعا د ايتػه (4 2) س ح بدا را ايتػه أ ج ا. قد ايتػه (4 2) سال ملػه ١ د ٣ ب- االتصا اييت ت اد ا ر اال ع ١ س ح ب ت اي تا ٥ ر أ را ايتػه سكل حتط ا د ٣ االتصا مبت ضط كداز ش اد ٠ يف بايتاي 3.95 س ٠ ع ايتػه SISO مت اذتص ع ٢ ش اد ٠ د ٣ االتصا بك ١ ارتطأ عد ع د [Km] 163 ش اد ٠ د ٣ االتصا BER=10 7- ع د عد ارتطأ بك ١ [Km] 190.BER=10-3 ق ١ يف ؾس ا (4 2) قد ايتػه ت- اضتطاع ١ االزضا س ح خؿ ض ر ايك ١ املط ب ١ ايك ١ ع 17dB مبكداز ع د املد ٣ األعع ي تػه SISO اي بني احملط ١ األزض ١. UAV عادصا ع ٢ تأ ني SISO بدا ايتػه خ- احملط ١ األزض ١ االتصا بني اي UAV ع د 116km ع د طاؾ ١ تص د ع 3- BER=10 ع د طاؾ ١ عد ارتطأ 12.2km ع د عد ارتطأ تص د ع.BER=10-7 7 -املسادع :References [1] Baiotti,S., Scazzola,G.L., Battaini,G. and Crovari, E. (1999) "Advances in UAV Data Links: Analysis of Requirement evolution and implications on future equipment". Paper presented at the
130 [17] Bizaki,H.K. (2011) "MIMO systems, Theory and applications". InTech, Croatia, pp.500. [18] Tarokh,V., Jafarkhani, H., and Calderbank,A.R. (1999) "Space-time block coding for wireless communications performance results". IEEE Journal on selected areas in communications, vol. 17(3), pp. 451 460. [19] Tarokh,V., jafarkhani, H., and Calderbank,A.R. (1999) "Space-time block codes from orthogonal designs". IEEE Transactions on Information Theory, vol. 45(5), pp. 1456 1467. [20] Sandhu,S., and Paulraj,A. (2000) "Space-time block codes: A capacity perspective", IEEE Communications Letters, vol. 4(12), pp. 384 386. [21] Ke-lin,D., and Swamy,M. N. S. (2010) "Wireless communication systems". Cambridge University Press, New York, pp. 1020. [22] Jerry,R.H. (2014) "Introduction to MIMO Communications". Cambridge University Press, New York, pp. 304. [23] Tim,B., Elisabeth,D.C., and Persefoni,K. (2012) "Practical guide to the MIMO radio channel with matlab examples". John Wiley & Sons, United Kingdom, pp. 275. [24] Papadopoulos,G.D., Karagiannidis,G.K., and Pavlidou,F.N. (2007) "Performance bounds of space time block coding in Rician and Log normal fading [9] Glover,I., and Grant,P. (2000) "Digital Communications". Prentice Hall, England, pp. 764. [10] Rosu,I. (2008) "Basics of Radio Wave Propagation". pp. 10., http://www.qsl.net/va3iul/ [11] Sklar,B. (1997) "Rayleigh Fading Channels in Mobile Digital Communication Systems, PartI: Characterization". IEEE communications Magazine, pp. 90-100. [12] Tse,D., and Viswanath,P. (2005) "Fundamentals of Wireless Communication". Cambridge University Press, New York, pp. 587. [13] Zamanzadeh,A. (2009) "MIMO system for Skeldar UAV System". Linköpings University, Master Thesis, Sweden, pp. 88. [14] Perez Fontan,F., and Marino Espineira,P. (2008) "Modeling the wireless propagation channel". Wiley and Sons, United Kingdom, pp. 272. [15] Jiang,F., and Swindlehurst,A. L. (2012) "Optimization of UAV Heading for the Ground-to-Air Uplink". University of California, Irvine, pp. 31. [16] Yifeng,Z., Jun,L., Louise,L., and Camille,A.R. (2012) "A Markov- Based Packet Dropout Model for UAV Wireless Communications". Journal of Communications, Vol. 7(6), pp. 418-426.
131 [25] Goldsmith,A. (2005) "Wireless Communications". Cambridge University Press, New York, pp. 571. channels". IET Commun., Vol. 1(1), pp. 86-91. Optimum Multiple Input - Multiple Output configuration to increase the Range distance in Unmanned Aerial Vehicle communication systems Dr. Hekmat Rajeh Prof. in Electronic and communication Engineering Department - Faculty of Mechanical and Electrical Engineering - Al Baath University - Syria. Email: dr.hekmat1rajeh@gmail.com Eng. Mohammad Bakkar PhD. Student in Electronic and communication Engineering Department - Faculty of Mechanical and Electrical Engineering - Al Baath University - Syria. Email: bakkarmb968@gmail.com Abstract This research presents a wireless communication system using Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) modulation depending on using of the Multiple Input Multiple Output (MIMO) systems in Unmanned Aerial Vehicle (UAV). In order to increase the reliability of the wireless link channel, we used the Orthogonal Space Time Block Code (OSTBC) in spatial diversity technique to improve the bit error rate (BER) performance Also, we studied the effect of BER improvement to increase the link distance of UAV during the flying time. Finally, we compared between the link distance of the optimum MIMO- OSTBC system and Single Input Single Output (SISO) system of transmitter and receiver. Therefore, the results show that 2 4 MIMO-OSTBC configuration is optimum system and this transmit and receive coding system increased the mean link distance to an extent of 3.95 times than SISO system at transmit power P T =40dBm. At the same time, The SISO system was became inefficient to make any communication signal at 116km at Bit Error Rate (BER)10-3 and 12.2km at BER=10-7 distance between the transmitter and receiver. Key words: MIMO SISO OSTBC QPSK UAV.