На физическом уровне должна быть обеспечена задача надежной передачи потока битов, поступающего с канального уровня. Любые технические решения, направленные на повышение достоверности приема битов, могут быть реализованы на физическом уровне.  На физическом уровне могут выполняться  следующие функции:

1.Обеспечение синхронизации.  
2. Модуляция/Демодуляция.
3. Помехоустойчивое кодирование/декодирование.

Поскольку данная система должна функционировать в условиях передачи информации реального масштаба времени, необходимо точно синхронизировать  все терминалы,находящиеся в зоне обслуживания,  с точкой доступа  по частоте и времени. Для этого  на физическом уровне к сформированному сообщению L2 уровня будут добавляться  поля для частотной и временной синхронизации.

Оценим пропускную способность физического канала связи.Максимальное количество возможных терминалов 24. Допустим, что  за 1 секунду нам нужно обслужить все 24 терминала(т. е. некоторым терминалам отправить команды управления, другим отправить команды на предоставление телеметрии, а также произвести регистрацию новых терминалов в сети). На общение с одним терминалом  уходит 2 пакета L1- уровня по 80 бит каждый. И того 160 битов на терминал. Также в начале сеанса передается широковещательное сообщение (80 бит). Тогда приблизительная пропускная способность ФКС будет равна (160*24)+80/1=4000 бит/с=4 кбит/с.  (4000 символов в секунду)

Минимальная необходимая полоса  рассчитывается по формуле: Δf = R / log₂ (М),где: R скорость передачи бит/с, М–кратность модуляции.

Тогда для  BPSK минимальная необходимая полоса будет равна: Δf = R / log₂ (М) = 4,5 *10³  / 1 = 4 кГц

Модель потерь имеет следующий вид:

L_total=20 log₁₀ f + N log₁₀ d + L_f(n) – 28, дБ, где 

N - дистанционный коэффициент потерь мощности;

f - частота (МГц);

d - расстояние разнесения (м) между базовой станцией и переносным терминалом (где d > 1 м);

Lf - коэффициент потерь за счет прохождения сигнала через пол (дБ);

n – максимальное количество этажей между БС и терминалами (n ³1).

Исходные данные:
N=33 – дистанционный коэффициент потерь мощности ;
f=439 МГц – частота несущего колебания;
d=50 м – дальность связи между базовой станцией и переносным терминалом (где d > 1 м);
L_f= 0– коэффициент потерь за счет прохождения сигнала через пол (дБ);
n=0 – максимальное количество этажей между БС и терминалами;

Тогда потери:

L_total= 20*log₁₀ (439) + 33* log₁₀(50) - 28 = 80,91 дБ

Таким образом, уровень потерь на границе зоны радиопокрытия  составляет 80,91 дБ.

 Как видно из полученного графика помехоустойчивое кодирование позволяет обеспечить требуемую вероятность битовой ошибки при ОСШ равном 7,5 дБ для BPSK. Обеспечиваемый выигрыш  составляет 3 дБ.

   2.8.7. Обоснование размерности полей пакетов каждого типа. Расчет временного масштаба, отражающей двутороннюю доставку всех видов пакетов L1 уровня (п.2.8.4).

Взаимодействие точки доступа с терминалами предполагает передача телеметрии или выполнение команд управления. Терминал,в ответ на запрос, отправляет ТД пакеты. Время передачи одного такого пакета составляет 80(бит)/4000(бит/с)=20(мс),где 4000 бит/с -это скорость передачи данных. На общение с одним терминалом  уходит 2 пакета L1- уровня,значит общее время общения с одним терминалом: 20*2=40 мс . Сеть предусматривает наличие 24 терминалов. Тогда общая длительность работы ТД с заданным количеством терминалов  составит: (40*24)+20 = 980 мс.

Произведем оценку уровня мощности передачи для BPSK:

Шумовая полоса приемника:

Δf_ш = 1,1* Δf = 1,1* 4 кГц = 4,4 кГц.

Мощность шума на выходе приемника:

P_ш = k*T* Δf_ш = 1,38*10^-23*296*4,4*10³=1,8*10^-17 Вт= -137,44 дБ,где k = 1,38*10^-23 Дж/К – постоянная Больцмана; T=296 К – шумовая температура.

Аналоговое ОСШ (SNR):

E_b/N0= 7,5 дБ;

SNR = E_b/N0 + 10*lg (Δf/ Δf_ш) = 7,5  + 10*lg ((4*10³)/( 4,4*10³)) = 7,08 дБ

Чувствительность приемника:

P_прм = P_ш + N_k + SNR.

Коэффициент шума первых каскадов приемника примем равным N_k = 3 дБ.

P_прм =  -137,44 + 3 + 7,08 = -127,36 дБ

Расчитаем мощность излучения подвижной станции:

P_изл = P_прм + L_total +Pз , где Pз = 3 дБ - резерв мощности из-за замираний в канале связи; L_total = 80,91 дБ – cуммарные потери на трассе распространения сигнала (расчитанные в п. 2.8.5);

P _изл = -127,36 + 80,91+3 = -43,45 дБ =~ 0,1 мВт

Полученное в результате расчетов значение излучаемой мощности подвижной станции с большим запасом удовлетворяет указанному в задании к курсовой работе условию P_изл < 0,05 Вт.

Далее произведем оценку мощности передатчика базовой станции для обеспечения уверенного приема сигнала с вероятностью PR = 90% на границе зоны радиопокрытия, радиус которой указан в задании к курсовой работе и равен 50 м.

Расчет зоны радиопокрытия осуществляется по следующей формуле:

Так как анализируемая система будет функционировать в условиях городской застройки, примем σ = 10 и n = 5.

Определим значение функции Лапласа по таблице:

PR=90%; W((100-90)/100) = W(0,1) = 0,26

Зона при радиопокрытии при PR=50%: r₅₀=r₉₀/10^{(-0.26*10)/(10*5)}=50/0.67=74 м.

Список литературы:

1.  Ссылка полную версию статьи (файл в формате pdf). http://radiolay.ru/viewtopic.php?f=83&t=450&p=2970#p2970
2.  Бакке А.В. Курс лекций по дисциплине: «Системы и сети связи с подвижными объектами».
3.  http://omoled.ru/publications/view/1196
4.  http://omoled.ru/publications/view/1195 
5.  http://omoled.ru/publications/view/818

6.  http://omoled.ru/publications/view/844