1.7. Построение канального уровня системы.
1.7.1. Определение способов адресной доставки сообщений канального уровня. Обоснование способа назначения идентификаторов сетевым устройствам системы и определение их параметров.
В системе передача сообщений идет по двум схемам: «точка-точка» (адресная доставка) и «точка-многоточка» (широковещательная доставка). Для реализации адресной доставки все терминалыи точка доступа должны иметь свой уникальный идентификатор. В передаваемые пакеты терминал и ТД вставляет идентификатор получателя и отправителя. На приемной стороне анализируется Id получателя, и если он совпадает с Id принявшего его терминала, находящегося в информационной системе, то пакет принимается. Другие терминалы, приняв пакет с чужим Id, его отбрасывают. При широковещательной доставке используется зарезервированный Id, пакет с которым принимается всеми терминалами.
Идентификатор точки доступа входит в состав широковещательной рассылки, которая принимается всеми терминалами на этапе поиска сети. Найдя свою сеть, терминал сохраняет идентификатор точки доступа, к которой он относятся. При отправке пакета с данными на точку доступа терминал включает в него свой идентификатор.
1.7.2. Обоснование необходимости управления потоком сообщений. Оценка возможности применения ARQ (Automatic Repeat-reQuest). Разработка и пояснение способа адаптивного изменения скорости передачи данных.
Для осуществления гарантированной передачи сообщений в разрабатываемой системе необходимо использовать процедуру подтверждения приёма пакетов. На передающей стороне на основании пакета данных вычисляется контрольная сумма(СRС), которая передаётся в составе пакета канального уровня. На приёмной стороне после декодирования также вычисляется контрольная сумма. Если вычисленная контрольная сумма совпадает с принятой, то пакет считается принятым без ошибок. После этого отправителю передается подтверждение ACK(Acknowledgment), а в случае несовпадения контрольных сумм - отрицательное подтверждение NAK (No acknowledgment). При получении NAK передающая сторона начинает повторную передачу пакета.
1.7.3. Обеспечение (оценка) достоверности принимаемых сообщений.
Достоверность принимаемых сообщений в системе обеспечивается использованием помехоустойчивого кодирования и перемежения на физическом уровне, а так же проверкой равенства контрольных сумм и механизмом ARQ (п. 1.7.2) на канальном уровне.
1.7.4. Обоснование логических каналов связи (ЛКС), используемых на канальном уровне. Пояснение основных видов сообщений, передаваемых по каждому ЛКС. Расчет (оценка) пропускной способности ЛКС с учетом избыточности сообщений канального уровня. Расчет основного трафика системы. Составить сводную таблицу ЛКС с указанием наименования, назначения и типа КС.
Логические каналы связи, которые используются в системе:
BCCH - широковещательный канал, используется терминалами для поиска сети,а также получения различной информации от БС.  Пропускная способность 32 кбит/с
RACH - канал случайного доступа, по которому терминал отправляет заявку точке доступа на регистрацию в сети или выделение временного интервала. Пропускная способность 1 кбит/с.
AGCH – канал разрешенного доступа, по которому терминал получает разрешение от БС на регистрацию в сети. Пропускная способность 1 кбит/с.
SCH - канал сигнализации, предназначен для передачи пакетов подтверждения приёма данных (ACK/NAK). Пропускная способность 5 кбит/с.
TCH -канал трафика, предназначен непосредственно для передачи данных. Поскольку в системе для передачи трафика применяется временное разделение, то пропускная способность канала трафика составляет сумму скоростей всех абонентов (70) вверх (256кбит/с) и вниз (2048кбит/с). Поэтому пропускная способность канала TCH составляет (2048+256)*70 [кбит/с] = 161280 кбит/с = 157,5 Мбит/с.
Таблица 1. Логические каналы.
1.7.5. Пояснение способа организации доступа к физическому каналу. Управление профилями физического уровня.
В данной системе применяется временное разделение между терминалами. Основным принципом доступа к каналу является то, терминал не может осуществлять передачу, пока точка доступа не отведёт для него временной интервал для обмена данными. Для запроса на регистрацию и запрос канала отводится специальный промежуток времени, в который действует конкурентная борьба за канал. При этом каждый терминал, которому необходимо передать запрос, для уменьшения вероятности коллизии загадывает случайное число, отсчитывает его и только после этого начинает передачу. Если передача прошла успешно, то БС принимает пакеты регистрации и отправляет МС пакет подтверждения регистрации. Если МС не получила подтверждения, либо не выиграла в конкурентной борьбе, то она считает попытку неудачной и повторит процедуру в следующий промежуток конкурентной борьбы.
1.7.6. Пояснение структуры сообщения (пакета) канального уровня: описание предполагаемых видов пакетов и необходимых полей.
На канальном уровне формируются пакеты данных, которые затем передаются на физический уровень и передаются по каналу связи. Пакеты будут передаваться в начале каждого кадра. Кадры будут следовать спериодом в 50мс.
Рассмотрим пакеты канального уровня, которые используются в разрабатываемой системе:
Пакет данных состоит из следующихполей:
1) Заголовок: ID отправителя (7 бит), ID получателя (7 бит), индекс ключа шифрования (3 бита), номер пакета (3 бита),потока данных (8 бит), контрольная сумма заголовка (5 бит).
2) Поле данных содержит либо непосредственно данные, либо сервисное сообщение.
3) Поле контрольной суммы пакета (CRC 8 бит)
Рисунок 1. Структура пакета данных.
Рисунок 2. Структура пакета подтверждения
Рисунок 3. Структура пакета регистрации
Рисунок 4. Структура пакета ответа на регистрацию
Рисунок 5. Структура широковещательного пакета
1.7.7. Описание типовых схем обмена сообщениями между объектами канального уровня.
Рисунок 6. Обмен сообщениями между объектами канального уровня.
МС по широковещательный пакет, из которого извлекает информацию о сети, и длину промежутка конкурентной борьбы. После этого МС выигрывает конкурентную борьбу и по каналу случайного доступа отправляет запрос на регистрацию. После успешной регистрации, МС делает запрос канала. ТД принимает этот запрос и выделяет временной интервал. Из следующего широковещательного сообщения МС узнаёт номера промежутков времени, в которые она должна принимать и передавать данные на ТД. В процессе передачи ТД и МС обмениваются данными и пакетами подтверждения приема.
1.8. Разработка физического уровня системы.
1.8.1. Расчет полной пропускной способности физического КС соединения терминал-БС».
Исходя из результатов расчета, приведенного в п.1.7.4, о
бщая пропускная способность всех логических каналов составляет 161319 кбит/с или около 157,5 Мбит/с. На физическом уровне производится канальное кодирование со скоростью 1/2. Поэтому итоговая скорость потока физического канала будет составлять около 315 Мбит/с.
1.8.2. Анализ и обоснованный выбор мер по защите физического уровня от многолучевости.
В системах беспроводного доступа основным мешающим фактором при распространении сигнала является многолучевость. Для эффективного решения этой проблемы применяется технология OFDM (ортогональное частотное мультиплексирование). При OFDM последовательный цифровой поток преобразуется в большое число параллельных подпотоков, каждый из которых передается на отдельной несущей. Для защиты от межсимвольной интерференции применяется циклический префикс – повторение окончания символа, переставляемое в начало символа. Длительность циклического префикса должна превышать максимальное время задержки сигнала в результате многолучевого распространения.
Дополнительных мер по защите физического уровня от многолучевости не требуется.
1.8.3. Энергетический расчет системы: обоснованный выбор частотного диапазона (на основании документов ГКРЧ); оценка уровня потерь при распространении радиоволн выбранного диапазона; обоснование выбора вида модуляции; расчет отношения сигнал/шум, требуемого для обеспечения заданной вероятности битовой ошибки для выбранного вида и типа модуляции/демодуляции.
На основании решения ГКРЧ «Об использовании полос радиочастот радиоэлектронными средствами фиксированного беспроводного доступа» от 28 ноября 2005 № 05-10-01-001, для радиоэлектронных средств фиксированного беспроводного доступавозможно использование полосы радиочастот 2400-2483,5 МГц.
Произведем оценку потерь при распространении радиоволн используя модель Окамуры
для частоты 2450 МГц, высоты размещения БС 25 м, высоты МС 2 м, расстояния до абонента 1000 м:
Выберем модуляцию QAM-16 которая широко используется в системах передачи данных, обеспечивает высокую скорость передачи данных и обладает достаточной помехоустойчивостью.
График зависимости битовой ошибки от ОСШ для QAM-16  изображен на рисунке 7:
Рисунок 7. График зависимости битовой ошибки от ОСШ для QAM-16
Для заданной в ТЗ вероятности ошибки 1*10^-6 требуется ОСШ Eb/N0=14.4 дБ
1.8.4. Обоснованный выбор метода помехоустойчивого кодирования, перемежения, деперемежения, оценка эффективности кодирования. Коррекция данных расчета п.1.8.3 и проверка на обеспечение исходных данных. Анализ необходимости наличия разных профилей настройки физ. уровня.
В качестве помехоустойчивого кодирования будем использовать сверточный код со скоростью ½, (на один информационный бит будет приходиться один избыточный) что позволит заметно снизить требуемое ОСШ.
На рисунке 8приведён график зависимости битовой ошибки от ОСШ для модуляции QAM-16 Q(Eb/N0) с применением сверточного кода со скоростью ½, и без него:
Рисунок 8. График зависимости битовой ошибки от ОСШ для QAM-16 с кодированием и без. 
Для заданной вероятности ошибки 1*10^-6 при использовании кодирования получим Eb/N0=10.66 дБ. Выигрыш составляет 3.74 дБ.
После кодирования необходимо произвести перемежение бит. Перемежение используется для преобразования групповых ошибок, возникающих в канале связи из-за наличия глубоких замираний сигнала в условиях многолучевого распространения, в одиночные, с которыми легче бороться с помощью блочного и сверточного кодирования. Для реализации перемежения формируется матрица, в которую биты данных загружаются последовательно по строкам, а считываются уже по столбцам. В результате такой операции первоначально соседние биты будут передаваться на несмежных поднесущих. Соответственно, на приемной стороне, при деперемежении, биты должны загружаться в матрицу перемежения по столбцам, а считываться по строкам.
1.8.5. Оценка уровня мощности излучения передающего устройства, сравнение с заданным значением Ризл АС; сделать выводы, при необходимости вернуться к п.1.8.3, 1.8.4. Расчет чувствительности приемников АС (БС).
Определим структуру OFDM-символа: Общее количество поднесущих N=64: для передачи данных Ndata=48,  пилот-сигналов Npi=4, защитный интервал NGI=11.
Рисунок 9. Структура OFDM-символа.
1.8.6. Пояснение структурной схемы физического уровня системы.
Рисунок 10. Структура физического уровня
Входные данные вначале кодируются сверточным кодером со степенью кодирования ½, и далее поступают на перемежитель, которыйосуществляет перестановку бит  по заданному алгоритму. Полученная последовательность бит поступает на формирователь пакетов, где формируется сам пакет данных. Затем данные поступают на квадратурный модулятор (QAM-16), где они преобразуются в модуляционные символы, которыми модулируются информационные поднесущие OFDM сигнала. После формирования OFDMсимвола и сдвига спектра сигнала на частоту 2,45 ГГц данные передаются в канал. На приемной стороне осуществляются обратные операции. Эквалайзер применяется для устранения интерференции и петля ФАПЧ для битовой синхронизации.
1.8.7. Обоснование видов и назначения логических каналов связи, используемых на физическом уровне.
1) FCCH - канал подстройки частоты приемника.
2) Канал для передачи настроечной последовательности, которая необходима для настройки эквалайзера.
1.8.8. Определение типов пакетов физического уровня, обоснование структуры полей пакетов каждого типа, оценка размеров полей, длительности пакета.
Пакет физического уровня состоит из следующих полей: поле FCCH для подстройки частоты, поле настроечной последовательности, необходимой для работы эквалайзера поле данных. В конце пакета добавляются специальные нулевые биты заполнения, так чтобы общая длина поля данных оказалась кратной числу бит в OFDM-символе.
Список литературы:
1) Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ.М.: Издательский дом "Вильямс", 2003
2) Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами. Учебное пособие для вузов. М: Радио и связь, 2002
3) Основы построения беспроводных сетей стандарта 802.11: методические указания к лабораторной работе / Рязан. гос. радиотехн. ун-т; сост.: А.В. Бакке. -Рязань, 2008
4) http://rfcmd.ru/sphider/docs/GKRCh/GKRCh_28_11_2005.htm
5) КП «Радиосеть передачи данных» Часть1: http://omoled.ru/post/181
    КП «Радиосеть передачи данных» Часть2:    http://omoled.ru/post/225