Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical   an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   8 , No .   6 Decem ber   201 8 , p p.   4184 ~ 4196   IS S N: 20 88 - 8708 DOI: 10 .11 591/ ijece . v8 i 6 . pp 4184 - 41 96          4184       Journ al h om e page http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   Perform ance An alys i s of IEE 802.15.4 T ra ns ceiv er Syste un der Adaptiv e Whi te G aussian Ch annel       Ekhl as   Kadh um Ru ss ul H aitham   Control   and  S y s t ems   Engi nee r ing   D e par tment ,   Un ive rsit y   of Tec h nolog y ,   Ir aq       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Ma y   2 , 2 01 8   Re vised  Ju l   9 ,   201 8   Accepte Aug   2 , 2 01 8       Zi gbe t ec hnolo g y   h as  be en  d eve lop ed  for  s hort  ran g wire le ss   sensor   net works   and  it  foll ows   IEE 802. 15. stand ar d.   For  such  sensors ,   seve ral  conside ra ti ons  should  be  t ake n   inc ludi ng low   dat r ate  and  le ss   design   complexi t y   in  orde to  ac hi ev eff icient   pe rf orm anc consid eri ng  to  the   tra nsce ive s y st ems .   Thi rese arc foc uses  on  implementi ng  digi tal   tra nsce ive s y s te m   for  Zi gbee   se nsor  base on  IEE 802 . 15. 4 .   T he  s y stem  is  implemente u sing  offset   qu adr at ur phase   shift  ke y i ng   (OQ PS K)   m odula ti on  t ec h nique   with   hal f   sine  pulse - sh api n m et hod.   Dir ec t   conve rsio n   sche m has  bee used  in  the   design  of  Zi gbee   rec e ive in  or der   to  fulfi ll   th e   req uire m ent m e nti oned   above.  S y stem  p erf orm anc is  an aly z ed  conside rin g   to  BER  when  it   enc oun te r ed  ada pt ive   whit Gauss ia noise  (AW G N),  beside show ing  the   eff e ct   of  usi ng  dire c seque n ce   spre ad  spec tr um   (DSSS te chn ique .   Ke yw or d:   A WGN c hann el     DS S S   IEEE 8 02.15.4   OQPS K   Zigb ee  tra ns cei ver   Copyright   ©   201 8   Instit ut o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e   Al l   rights re serv ed .   Corres pond in Aut h or :   Russu Hait ha m   Con tr ol a nd Sy stem s En gi neeri ng   De par tm ent,   Un i ver sit y o Tech no l og y,   Ba ghda d,   Ir a q.   Em a il : ru ssu l h@gm ai l.co m       1.   INTROD U CTION       Du e   to   the  a dvance in   wi r el ess  com m un ic at ion a nd  e le ct ro nics   ove the   la st  fe w   ye ars,  the   dev el op m ent  of   net wor ks   of  low - cost,  lo w - powe r,   an m ulti - fu nctio nal  sens or re cei ved   an  inc reasin at te ntion T hes sensors  are  s m al in  siz and   able  to  se ns e pr ocess  data,  and   c omm un ic at with  each  oth e ov e a RF  (r a dio   fr e quency )   cha nn el .   se ns or  netw ork  i desi gn e t detect   eve nts  or  phe no m ena,  colle ct  and   process  da ta and   tra ns m it   sensed   in for m at ion   for  the   intende us er [ 1 ] ,   [ 2 ] .T hes netw orks  ha ve  the   p ote ntial   of   int erf aci ng  the  ph ysi cal   wo rld  w it the  virtua ( com pu ti ng)  w orl in  a un pr e ceden te scal e   and   pro vid pract ic al   us efu l ness  i de velo ping  a   la rg num ber   of   a pp li cat ions includi ng  the   protect ion   of  ci vi l   infr a struct ur es  [ 3 ] ha bitat   m on it or i ng,  preci sion   ag ricult ure tox ic   gas  det ect ion s upply  chain  m anag e m ent,  and h eal th  care   [ 4 ] .   Zigb ee  is  c ons idere one  of  wireless  se nso de vices  op e r at es  unde IE E 802.1 5.4  sta nd a r d.   T his  sta nd a rd   has  be en  intr oduce by  Zig bee  Alli ance  [ 5 ] Zig be sta nd a rd   was   create to  a dd ress  the  m ark et   need  for  c os t - e ff ect i ve,  sta ndar d - ba sed  wireless  netw orkin so l utions  that  su pport   lo data  r at es  transceive rs,   low  powe c on s umpti on  [ 6 ] sec ur it y,  a nd  reli abili ty   through   wireless   pe rs on al   a rea  net works  ( WPA Ns)  [ 7 ] Zigb ee   te ch nolog ca be  worked  within   three  va rio us  fr e quency  ba nd s   acco r ding   to  the   ge ogr aph ic al   cov e ra ge  area .   In   Eu r op e 868 - 868.6  MH z   (86 MHz i us e d,   i N or ther Am erica  902 - 92 MH (91 MHz),  wh il the  2.4  GH is  us e al ov er  t he  w or l d,   an it   dep en ds   on    un li cen sed  Ind us tria l,  Scie nti fic  and   Me dical (I SM ) radi o bands  [ 8 ] .     It  is  know that  the  wirel ess  m ediu m   i influ e nce by  real  tim conditi ons  su c as  sig nals   interfe ren ce dopple sh ift,   a nd   pat los s;  wh e re  the se  pa ram et ers  have  the  ef fect  of  de gradi ng   w irel ess  transm issi on   pe rfor m ance  [ 9 ] Hen ce it   is  qu it i m po rtant  to  pro vid tr ansceive syst em   that  cou ld  be   able   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N: 20 88 - 8708       Perf orma nce A na ly sis  of  IEE E 80 2.15.4 Tr anscei ver  Syste m under   Ad apti ve Whit e   ...   ( E khlas  Ka dhum)   4185   to accom m od at e w it h suc e nvir on m ents.   On of   the  m ain   chall en ges  in   desig ning  di gital   transceive syst e m   is  to  at ta in  syst e with  su c an  acce pte pe rfor m ance  in  r eal   tim env iro nm ents.  Fo s uc syst e m bit  error   rate  (BE R)  is  con side re to  be   an  im po rtant  m easur e m ent  factor   that  dete rm ines  the  num ber   of   bits  corrupted  duri ng  tra ns m issi on   against   the  total   num ber   of  tra nsfer r ed  bits.  He nce determ ine  th eff ic ie ncy  of  the  di gital   syst e m   in  facin su c env i ronm ents.   This  resea rch   aim to  pr esent  m od el   for  Zigbe t ran s cei ver   syst em   based   on   IE EE  802.1 5. sta nd a rd,  an sp eci fical ly   fo t he  2.4  G HZ  f re qu e ncy   band.   The  obj ect iv es  of  t his  resea rch  c an  be   su m m arized as foll ow s:   1.   To  im ple m ent  2.4  G HZ  Zi gbee  transcei ver   syst e m   based   on  IE EE  80 2.15.4.   Offset  qu a drat ur phase   s hi ft   keyi ng   (OQP S K)   m od ulati on   te chn iq ue  with  half  sine  w ave  as  pulse   sh api ng,  an direct   seq ue nc sp rea d spectr um  ( DS SS) as a  sp rea ding tec hniq ue  a re such   sign ific a nt s pe ci ficat ion within t his stan da r d.     2.   To  a naly ze   sy stem   per f orm a nce,   co ns ide ri ng  BER unde a dap ti ve   w hite  Ga us sia noise   (AWG N)   channel a nd to   com par e the sit uations  wh e t he  syst em  is w it or  with ou D SSS.       2.   Z IGBE E AR CHI TE CT U R E   Ba sed  on  op e syst em   interco nnect ion   ( OS I re fer e nc m od el Zig bee  pr oto c ol  la ye rs  can  be   div ide d.   T her e   are  so m adv antages  relat e with  this  div isi on.  Firstl y,  whenev e prot ocol   chan ge over   tim e,   it   is  po ssi ble  to  a pp ly   the   re qu i red   m od ific at ion   or   re pl ace m ent  to  the  l ay ers  af fected  by  that  c hange   rath e r   than  al te ri ng  the  whole  prot oco l.   Sec ondly,  if  th ere  a re  any  en ha ncem ents  to   be   do ne   for  de velo pin a app li cat io n,   it   can  be   at ta ined  f ro m   third  par ty   in depen den tl f ro m   the  lowe la ye rs.  In   oth e wor ds,  t he   changes  a re  ap plied  on  the  ap plica ti on   la ye on ly     [ 10 ] IEE 802.1 5.4  sta nd a r de fines  sp eci ficat io ns   of   t he   two  bott om   lay ers  (PHY  a nd   MAC   la ye r) The  rem ai nin uppe la ye rs  of   Zigb ee  protoc ol   (n et wor k,   sec ur it y,  and ap plica ti on profil e lay er)   are  def ine d by  Zigb ee  A ll ia nc [ 11 ] .     Zigb ee   P HY  la ye is  res pons i ble  f or  perform ing   spreadi ng,  m odulati on ,   dem od ulati on  a nd   des pr ea ding  f unct ions  [ 12 ] I orde to  re duce  the  im pact   of   noise   from   adj ace nt  netw orks,   direct  se qu e nce  sp rea ding  se quence  ( DS SS is  us ed  to  inc re ase  the  fr e qu e ncy  of   the  sig nal  hen ce  in cr easi ng   it pow er  [ 13 ] OQPS m od ul at ion   te ch niqu an DSSS  s pr ea ding  te c hniqu e   are   us e in  2.4  G HZ  ba nd ;   w her e   eac 4 - bit   sy m bo is  m app ed   into   32  c hip   PN  se qu e nc e.  I t he  915  MHz  a nd  86 MHz  bands,  th Bi nar P hase   Sh i ft   Keyi ng   (BPS K)   m odulati on  te chn i qu is  us e besi des  m app in eac on e - bit  sy m bo into  15  c hip   P N   seq uen ce   [ 14 ] , [ 15 ]   OQPS K,   al so   cal le Stagge r ed  Q PS (SQ PSK),  is  m od ifie versi on  of   QP S K.   I this  te ch nique,   the  carrier  wave  per m it s   to  send   the  sig nal  f or   f our  ort ho gonal  ph a ses.  T he   ben e fit  beh in this  m od ific a ti on   is  to  delay   t he  s ign al   by  hal cy cl s as   to  av oi po s sible  c hange  i sig nal  phase   [ 16 ] - [ 18 ] OQPSK  m od ulati on  e quit at ion  c ould  be writt en  as  foll ows  [ 19 ]       i t f c t s i 2 c o s ) ( ,    t 0     (1)             Wh e re:     4 1 2 i i     (2)     The  ca rr ie phase  can   ta ke   one  of  the   f our  sp ace values:  . 4 7 a n d , 4 5 , 4 3 , 4 Eq uation  ( 1)  c an  be  furth e r   wr it te as:     t f c i t f c i t s i 2 s i n s i n 2 c o s c o s ) (   (3)     ) ( 2 2 ) ( 1 1 ) ( t s i t s i t s i   (4)       Wh e re:   T t t f c t 0 , 2 co s 2 ) ( 1   ( 5)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber  2 01 8   :   4184   -   4196   4186   t f c t 2 c o s 2 ) ( 2   (6)     i s i c os 1   (7)     i s i s i n 2   (8)     s i s i i 1 2 t an 1   (9)     As  res ult,  O QP S m odulati on   sig nal can   be  e xpresse a s:      t t f c t Q t f c t t s , 2 s i n ) ( 2 2 co s ) ( 2 ) (          (10)     wh e re  f c   repres ents the  freq ue ncy of ca rr ie r   wav e   In   or der   to  m e asur the p er form ance  of   dig it al   m od ulati on  sch em e,  two  ter m hav to  be  con side re d;   it power   e ff i ci ency  an ba ndwidt ef fici ency.  P ower  e ff ic ie ncy  def i ne the  ca pab il it of   m od ul at ion   te chn iq ue  t m ai ntain  the  fid el it of   the  digi ta m ess age  at   low  le vels  of  powe r.   In  dig it al   com m un ic at ion  syst e m an  increasin in  si gn al   powe le ads  to  a inc r easi ng   i nois i m m un it y.  Howe ver,  the  ty pe  of  m od ulati on   e m plo ye deter m ines  the  pos sible  am ou nt  by  w hich  the  sign al   po wer   i increase (i. e.,  an   acce pted  bit  error   pro bab il it y)  to  get  cer ta in  le vel  of   fi delit y.  The  po wer   e ff ic ie ncy   (also  cal le e nergy  eff ic ie ncy)   is  def i ned   a the  rati bet wee the  sig nal  pow er  pe bit  an no ise   powe s pectral  den sit E b N o   necessa ry  for  the  recei ver   in put  for  certai value  of   e rror  p r obabili ty   (say    10 - 4 [ 20 ] B ER  can  be  de fined   a s   the  total   nu m ber  of  bits  co rrup te durin g   transm issi on   to  the   overall   num ber   of  bi ts  trans ferred   ov e a   com m un ic at ion  c hannel a nd i t can  be  cal c ulate as  [ 21 ] :     b i t s   of n u m b er     O v er al l b i t s   ed   t r an s f er r of N u m b er   BER   (11)     Fu rt her m or e,   the  rati of   t ransm it te sign al   powe to   the  powe of  noise   r epr ese nts  t he  S ign al - to - No ise   Ra ti (S NR a nd it  is m easur ed  in  dec ibel ( dB). S NR ca n be e xpresse as  [ 22 ] :     P o w er   N o i s e P o w er   S i g n al l o g 10 10 S NR   ( 12)       Fo r  OQP SK, t he  total   pro babi li t y of  e rror  pe r bit  is  [ 11 ] :     P e = Q ( 2 . SNR   (13)     wh e re  Q   re pr es ents  the   f un ct i on  Q ( x )   us ed   to  c al culat the  ar ea  unde t he  t ai of   Ga us sia probabil it distrib ution f unct ion ( pdf a nd it  is cal culat e as   [ 22 ] :     Q ( x ) = 1 e ( t 2 2 ) x dt   (14)     Fo rm  equati on  ( 13 ) , it i s clea r   that any i nc rea sing i n SNR le ads  t o decrease  in  BER .     3.   PROP OSE D SYSTE M   Feat ur es  s how in  T able  ar con side re f or   im ple m entin the  Zig bee  transceive syst e m Fo the  transm itter  pa r t,  the  m ai co m po nen ts  i nclud i ng bit - to - s ym bo an sy m bo to  chip   m app i ng,  se rial   to  par al le conve rsion,  ba seba nd   wav e f orm   sh aping   a nd  m od ulat ion   a re  de picte d.   F urt her m or e,  t he  conve rsion  f rom   RF  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N: 20 88 - 8708       Perf orma nce A na ly sis  of  IEE E 80 2.15.4 Tr anscei ver  Syste m under   Ad apti ve Whit e   ...   ( E khlas  Ka dhum)   4187   to  base band  si gn al i ad diti on   t D/A  c on ver si on,  pa rall el   to  serial   conver si on   a nd  de sp rea ding  proc ess  are  al dep ic te in  the  receive r   par t.  Fig ur an Fig ur il lustrate   the  basic  el e m e nts  of   the   pro po s ed  transm itter and  r ecei ve m od e ls. Steps  s howi ng b el ow d e scr ibe the  desi gn  proce dure in m or e  d et ai ls.       Table  1.   Sp eci f ic at ion of   IEE E 80 2.15.4 f or  2.4 GHZ  Zig be e (PHY la ye r   [ 9 ]   Featu res   Valu e   Data Rate   2 5 0 k b p s   Frequ en cy  of  Oper atio n   2 .4 GHz   Nu m b e o f  Ch an n els   16   Ch an n el Spacin g   5 MHZ   Ch ip  Rate   2 Mbp s   Pu lse Sh ap in g   Half  Sine   Sp readin g  T echn iq u e   DSSS   Mod u latio n  T echn iq u e   OQPSK       B i t   t o   S y m b o l S y m b o l   t o   C h i p   M a p p i n g S e r i a l   T o   P a r a l l e l   C o n v e r t o r I n   p h a s e   D a t a Q u a d r a t u r e   D a t a I - C h a n n e l Q - C h a n n e l P u l s e   S h a p i n g P u l s e   S h a p i n g M o d u l a t o r M o d u l a t o r   T r a n s m i t t e d   S i g n a l 2 M b p s C h i p   S e q u e n c e D i g i t a l   S i g n a l 2 5 0 k b p s   Figure  1.  Tra nsm itter m od el       L o w   P a s s   f i l t e r L o w   P a s s   f i l t e r L o w   P a s s   f i l t e r L o w   P a s s   f i l t e r P a r a l l e l   - t o   - S e r i a l   C o n v e r t o r P a r a l l e l   - t o   - S e r i a l   C o n v e r t o r S ( t ) S ( t ) R e c o v e r e d   D a t a R e c o v e r e d   D a t a D e l a y D e l a y   P u l s e   S h a p i n g P u l s e   S h a p i n g M o d u l a t o r M o d u l a t o r M o d u l a t o r M o d u l a t o r P u l s e   S h a p i n g P u l s e   S h a p i n g C o m p a r a t o r C o m p a r a t o r C o m p a r a t o r C o m p a r a t o r D e s p r e a d i n g D e s p r e a d i n g S a m p l e   &   H o l d   C i r c u i t S a m p l e   &   H o l d   C i r c u i t S a m p l e   &   H o l d   C i r c u i t S a m p l e   &   H o l d   C i r c u i t   Figure  2 Re cei ver m od el       Step1 Pr e par i ng  the  i nput  bi stream This  ste incl ud es   a pp ly in m app i ng  pr ocess  of  bit  to  sym bo l   and   sym bo to  chip.   At  first,  the  input  data  s tream   m us be  pr e par e to  m e et   IEEE  802.1 5.4  sp eci ficat io ns   for  data  rate  an chip  rate.   Pse udo - ra ndom   no ise   (PN chi seq uen ce  is  use to  c onstr uc direct  seq uen ce   sp rea s pectr um   (D SSS ).   T he   reason  beh i nd  the  us of  th is  te chn iq ue  is   to  increase  t he   fr e qu e ncy  of   input   data  stream   to   Mb ps   w hich   in  tu rn   m igh i m pr ove  tra nsm itter  perf or m ance  in  m ulti path  en vir on m ent.  It  is   al so   us e to  ac hieve  a i m prov em ent  in  sig nal  to  noise   ra ti (S NR thr ough ou inc reas ing   re sist ance  of   the  syst e m  tow ar ds anti ci pated  or  acci den ta j am m ing   [ 9 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber  2 01 8   :   4184   -   4196   4188   S te p2 Se rial   to  par al le co nv e rsion:  Pr i or  to  m od ulati on   process th pr e viou co ded   data  are   separ at e i nto   In - phase   an Qu a drat ur e   dat a.  E ven  an odd  cl oc pu lse are  ge ner at e us i ng  JK - flip   flo i toggle  sta te wh ere  the  po sit i ve  outp ut  (Q)  is  us ed  as  so urce  of  cl oc pu lse f or   the   first  D - flip  flop   t pro du ce   the In - ph a se d at a, w hi le   the  ne gative   outp ut  is fed  to  the   sec ond  D - flip f lo pro duci ng Q ua drat dat a .   Figure  3 de picts t he pr ocess  of se rial  to paral le l conversi on.   Step  3:  M o dul at ion   P ro ce ss:   OQPS m od ulati on   is  t he  sam as  QP SK   exc ept  the  Q - c ha nn el   i s   delay ed  by  T/2  seco nds.  Al though  the  po wer   de ns it and   er r or   pe rfo rm ance  are  the  sa m in  the  two  te chn iq ues O QP S pr oduce m axi m u m   ph a se  cha ng of   π/ in  c ontr ast   to  QP S w hi ch  prov i des  ph ase   sh ift  of  π  [ 23 ] .   The  ou t pu of   In - phase  a nd  Qu a drat ur dat is  firstly   m ul ti plied  by  half  sine  wa ve  to  pe rfor m   pu lse   s ha ping.  The  pu rpose  be hind  the  use   of  pulse   sh a ping   (also  cal le pr e - m od ulati ng   f il te r)   is  to  m ake  the   transm itted  sign al   sp ect r um     getti ng   m at ched   with  c h an nel   bandw i dth he nce;  av oid in m ul ti path  and   inter - sy m bo l i nter fere nce  (I S I) ef fe ct [ 9 ] .  h al f  sin e pulse si gnal  c an be  represe nted  as   [ 24 ]     p ( t ) =   sin π t 2 T c   (15)       J Q Q K S E T C L R Q Q S E T C L R D Q Q S E T C L R D C l o c k L o g i c   1 I n - P h a s e   I n p u t   D a t a Q u a d r a t u r e   I n p u t   D a t a E v e n   C l o c k Q - C h a n n e l O d d   C l o c k I - C h a n n e l     Figure  3 Seria l t pa rall el  conv e rsion       Nex t,   the   I - ch ann el   data  is   m ul ti plied  by  cosi ne  wa ve   of  2.4  G HZ  and  the   Q - c ha nn el   data  is   m ul ti plied  by  sine   wa ve   of   the  sam fr eq uen cy .   T he  fin al   m od ulate t ran sm it te sig nal  ( )   is  obta ined   by   add i ng  the  ou t pu of  I - cha nn el   and   Q - cha nnel .   At  the  re c ei ver t he  in pu represents  t he   receive tra nsm it ted   sign al   a fter  pa ssing   t hro ugh  t he  c omm un ic a ti on   c hannel.  The  fo ll owin ste ps   de scri be  the  desi gn  pro cedure   of the  receive r m od el :   Step1 RF   to  Ba seband  c on ver si on at   firs t,  the  dem od ul at ion   process  i p e rfor m ed  by   m ulti plyi ng   the  In - phase  da ta   at   the  receiver  side  by  cos ine  carrier  sig na l;   wh il the  Qu ad ratu re  data  is  m ulti plied  by  sine  carrier  sig nal  to  pro duce  I - c ha nn el   an Q - c hannel  m od ula te sign al s.  T he   resu lt ant  sig nals  are  the pu lse - sh a ped   by  hal f   sine  pu lse   sha ping  sig nals,   si m il arl as  do ne  in   the  tra nsm itter  side.  I orde to  extra ct   the  no ise   pro duce by  the  c omm un ic at ion   ch ann el   a nd  to  get  the  rig ht  ve rsion  of   t he  t ran sm it te sign al an   analo lo w pas s f il te is  us e d wit ce rtai n pa ram et ers.   Step2 A/D  c onve rsion:  sinc e   the  pr oduce f il te red   sig nals  are  in  a nalo f or m at an  anal og  to  dig it al   (A /D c onve rt or   is   us e t ge ner at t he  digi ta sign al Ze r order  hold   c ircuit   f ollow e by  c om par at or   is  us e f or this  pur pose.    Step3 :   Parall el  to  ser ia C onve rsion:  the   I n - phase  a nd Q ua drat ur e  d at are  co m bin ed  t og e ther  us i ng  a   par al le l t o seri al  co nve rtor to   pro du ce  ser ia data.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N: 20 88 - 8708       Perf orma nce A na ly sis  of  IEE E 80 2.15.4 Tr anscei ver  Syste m under   Ad apti ve Whit e   ...   ( E khlas  Ka dhum)   4189   Step4 De spre adin proces s:  si m i la rly as  perform ed  with  the  tran sm i tter  side,  the  re su lt ant  serial   data  is  des pr ea ded   us i ng   t he  sam PN   sequence  a nd   c hip   rate  sp eci fie by  the  sta nda r d.   T ov e rc ome   the   delay   that  m igh occ ur delay   el e m ent  co uld   be   ad ded   a fter  the  P se qu e nce  to  e nsu re   it synchro ni zat ion   with that   at  the  tran sm it te side.       4.   CHAN NEL  MO DEL   In   order   t a naly ze  syst e m   perform ance  against  the  re al - tim env iro nm ents,  co m m un ic at ion   channel  has  be en  e qu i pped   betwee t he  tr ansm itter  an receiver   m od el I t his  re sear ch,   A dap ti ve  Wh it e   Gau s sia No is (AWGN c ha nn el   m od el   is  us e d.   A WGN  cha nnel   is  c onsidere t be  the  sim plest  no ise   m od el  u sed  by v ari ou s c ommun ic at io cha nnel s and h as r a ndom  p ro cesse s b eha vior that exists i nature  [ 23 ] Fo r  AWG N , the  tran sm it te sign al   sub j ect ed t noise  e ff ect   r ( t )   can  be  e xpres s ed  as:     r ( t ) = s ( t ) + n ( t )   (16 )     wh e re  s ( t )   is  the  m od ulate tra ns m itted  sign a l,  and   n ( t )   is  th no ise   a dded  by   A WG c ha nn el .   I this  researc h,   as  s how in  Fig ur 4,   A WGN  cha nn el   is  ad de betwee the  tr ansm itter  and   receiver  m od el with           a v a riable  rang e of S NR  value s.       T r a n s m i t t e r   m o d e l T r a n s m i t t e r   m o d e l R e c e i v e r   M o d e l R e c e i v e r   M o d e l A W G N   C h a n n e l I n p u t   S i g n a l R e c e i v e d   S i g n a l   Figure  4 The   pro po se t ran s cei ver  syst em  w it h A WGN c hannel       5.   RESU LT S  AND SI MU L A TION  A NA L YS IS   Zigb ee   tra ns ce iver  syst em   has  bee im plem ented  based  on  IE EE  802. 15.4  s pecifica ti on s   f or  2.4   GH Z   f re qu e nc band  assum ing  the   in pu si gn al   is   in  a   bina ry  f or m at Fig ur e   sho ws  t he   ge ner al   struc ture  of  syst e m  i m ple mentat ion ,  whic incl ud e s the  tran sm it te r,  r ec ei ver ,  and BER  calc ulator .             Figure  5 Ge ne ral str uctur e  of  the pr opos e tr ansceive syst e m       An   i nput  bit  stream   has  been  pro du ce by  a   Ra ndom   In te ge Ge nerat or   bl ock   with  data  rate  of  25 kbps ; i .e . s am pling  ti m e is   4 e 6   s,  a nd as s how i n Fi gure  6.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber  2 01 8   :   4184   -   4196   4190       Figure  6. I nput  d at a stream     The  tra ns m it ter   a nd  recei ver   m od el hav e   be en  im ple m ent ed  us in fun da m ental   com po nen ts   with i MATLAB/Si m ulink   to  s how  the  possibil it i desig ning  ra dio   tran sm i tt er  and   receive s yst e m   with  com plex  m od ulati on   te c hn i qu e   an wi th  ap pro pr ia te   pu lse   sh a ping  m et ho i reli able  an c os t - eff ect ive  way.   Af te r   gen e rati ng  the  input  seq ue nce it   has  bee m ulti plied  by  P se qu e nce  of  32  chi ps   a nd   c hip   rate  of  2M bp s   to  pro du ce  DSSS  sig nal.  Si gn al   wav e f orm s   of   in pu s equ e nce  a nd   PN   se qu e nce  Gen e rato afte NR Z   conve rsion  are   dep ic te in  Figure  an Figure  res pecti vely w hile  Figure  s hows  the  final  si gn a afte r   sp rea ding.           Figure  7. Bi po l ar inp ut seque nc e           Figure  8. P S equ e nce  Ge nerat or   O utput Si gn al   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N: 20 88 - 8708       Perf orma nce A na ly sis  of  IEE E 80 2.15.4 Tr anscei ver  Syste m under   Ad apti ve Whit e   ...   ( E khlas  Ka dhum)   4191       Figure  9. I nput  seque nce af te r  apply ing   DSS S tech nique           The  res ulted  s ign al   has  be en  div ide i nto   e ve an odd  pa r to  pro du c th In - phase  a nd  Qu a drat ur e   data  us in se ri al - to - par al le c onve rtor.  T he   serial   to  pa rall el   co nv e rto ha bee co ns tr uc te us in a   J - flip  flo a nd  tw flip  flo ps   w it cl oc f re quen cy   of  16  M HZ.  since   the  OQPS m od ul at ion   sc hem i m plies  that  the  Q uadr at ur data  ha ve   to  be  s hifted   by  one  bit  pe r iod a e xtra  flip  flo ha s   been   us e as  delay   el e m ent.  Figu r 10   sho ws  the   odd  and   e ven   cl ock   pulse pr oduce by  J - K   flip  flop wh il the   final  In - phase  and Qua dr at ure data a re shown  in Fi gure  11.         Figure  10. Clo ck pu lse s  of e ve a nd od d data           Figure  11. In - P hase a nd  qu a drat ur data   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber  2 01 8   :   4184   -   4196   4192     The  outp ut  data  fr om   In - phas and   Q uadrat ur cha nnel   ha ve  bee co nv e rted  into  NRZ  form at  and  then  m ulti plied  by  half - sine  wav at   MH wh ic ha be en  pr oduce by  m ult iply ing   0.5  MHZ  pulse   wave   by  a   sin w av of  0. MHZ .   Fig ur e s   12  a nd  13   sho the   ge ner at io of  half   - si ne  pu l ses  an t he  re su lt ant   ou t pu of eac h chan nel.           Figure  12. Hal f  sine si gn al   wa vefor m           Figure  13.  I n - ph a se a nd qua dr at ur data a fter  half  si ne pu l se sh a ping       Nex t,  acc ordi ng  to  e qu at io 10,  m od ulati on  process  has  be en  pe rfor m ed  by  m ult iply ing   the  In - ph ase   data  by  sine  wav ca rr ie f reque ncy  of   2.4  GH z w hile  the  data  of   Qu a drat ur ha bee m ulti pl ie by   or t hogonal  c osi ne  wa ve  at   th sa m fr eq ue ncy.  T he  final   m od ulate sign al   has  bee produce by  si m ply   add i ng the  res ul ta nt I - c ha nn el   and Q - c hannel  data an a s s hown in Fi gure   14 a nd Fig ure  15.            Figure  14. In - phase a nd  qu a drat ur data a fter  m od ulati on pr ocess   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om En g     IS S N: 20 88 - 8708       Perf orma nce A na ly sis  of  IEE E 80 2.15.4 Tr anscei ver  Syste m under   Ad apti ve Whit e   ...   ( E khlas  Ka dhum)   4193       Figure  15. Res ultant t ra ns m itt ed  si gn al       At  the  receive r   side,  the  first  ste was  to  c onve rt  the  recei ved   RF  si gn al   into  base ba nd  wa vefo r m   by  firstly   per f orm ing   dem od ul at ion   process  t hro ugh  m ulti pl yi ng   the  In - phase  data  by  sine  wav car rier  sign al   and   t he  Q ua drat ur data  by  cosine  wa ve  c arr ie si gn al   at   2.4  G HZ Th en,   half  si ne  pulse   sh a ping  ha bee perform ed,   sim il arly   as  done  with  the   tra nsm itter  side,   by m ul ti plyi ng   th ge ner at e de m od ulate da ta   by h al f   si ne  wa ve  of   MHZ.  Fi nally an  8 th   ord er  a nalo Butt er w or t lo pa ss  filt er  at   16   M HZ  has  be en  use to   recover  t he  or i gin al   data I sam pling   and   thres ho l ding  proces s,  ci rc ui con sist of  zero   orde hold  at   sam pling   tim of   6.2 5 8   an com par at or  has  been  use to  im ple m ent  AD f un ct io n.  The n,   i orde to   des pr ea t he  f inal  di gital   sig nal,  t he  I n - pha se  an Q uadra ture  data  was  firstly   com bin ed  to get her  thr ou gh   par al le l - to - seri al   conver si on   process an this  was  done   us in swit ch   at   cl ock   f r equ e ncy  of  MHZ.   Eve ntu al ly de sp rea ding  proc ess  has   bee pe rfor m ed  by  m ulti plyi ng   P seq uen ce   ge ne rator  of  2Mbp chi rate  by  the   la st  serial   sig nal.  Fo r   sync hro nizat ion   pur po se suffici ent  am ount  of   delay   has  been  ad de afte r   the  P se qu e n ce  at   the  recei ver   side.    Fig ures  16   t 20   dem on strat si gnal   wa vefo rm s   at   diff e re nt  sta ges  of  the  pro posed  r ecei ver   m od el ,   and   w hen   t he  transceive sys tem   passed   th r ough  A WGN  channel  m od el Data  has bee s ucce ssfu ll y rec over ed  as  sho wn in  Fig ur e  21.           Figure  16. A W GN cha nnel  m od el   receive d s ign al           Figure  17. De m od ulate I n - phase  receive d data   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.