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.
Для реализации адресной доставки все терминалы и 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 системе будет использоваться процедура подтверждения приёма пакетов. На передающей и приемной стороне на основании пакета данных вычисляется контрольная сумма (СRС) и, если они совпадают, то пакет считается принятым без ошибок. После этого отправителю передается пакет подтверждение правильного приема, либо пакет отрицательного подтверждения, при получении которого передающая сторона начинает повторную передачу пакета.
1.7.3. Обеспечение (оценка) достоверности принимаемых сообщений.
Достоверность принимаемых сообщений в системе обеспечивается проверкой равенства контрольных сумм и механизмом ARQ (п. 1.7.2).
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.
SCH - канал сигнализации, предназначен для передачи пакетов подтверждения. Пропускная способность 5 кбит/с.
TCH -канал трафика. Пропускная способность составляет (512+64)*70 кбит/с = 39,4 Мбит/с.
Таблица 1. Логические каналы связи.
название канала
назначение
тип
BCCH
широковещательный канал
вниз
RACH
канал случайного доступа
вверх
SCH
канал для передачи подтверждения
вниз/вверх
TCH
канал трафика
вниз/вверх
1.7.5. Пояснение способа организации доступа к физическому каналу. Управление профилями физического уровня.
В системе будет применяться временное разделение между терминалами. Основным принципом доступа к физическому каналу является то, что 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 промежутокконкурентной борьбы за канал. При этом каждый терминал, которому необходимо передать запрос, для уменьшения вероятности коллизии записывает случайное число в свой таймер, отсчитывает его и только после этого начинает передачу. Если передача прошла успешно, то ТД принимает пакеты регистрации и отправляет пакет подтверждения регистрации. Если терминал не получил подтверждения, либо не выиграл в конкурентной борьбе, то он считает попытку неудачной и должен 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. Рассмотрим пакеты канального уровня, которые используются в разрабатываемой системе:
1. Пакет данных.
2                 8                      8                        1                      8              3       3270/26160      15
Fl
Id отправителя
Id получателя
Ключ шифрования
Номер пакета
Номер потока
Данные
CRC
 2.
Пакет подтверждения.
2                8                          8                      8                3                     2                      5
Fl
Id отправителя
Id получателя
Номер пакета
Номер потока
Поле
подтверждения
CRC
 3.
Пакет регистрации.
    28                          8                           1                        8                    5
Fl
Id отправителя
Id
получателя
Ключ шифрования
Ключ доступа
CRC
4.
Широковещательный пакет.
1.7.7.  Описание типовых схем обмена сообщениями между объектами канального уровня.
В режиме поиска сети терминал по широковещательному каналу принимает идентификатор сети. Убедившись, что это его сеть (идентификатор сети соответствует его сети), терминал переходит в режим регистрации, в котором отправляет свой MAC-адрес на точку доступа. Точка доступа принимает заявку терминала и выделяет ему временный ID, а так же выделяет под этот временный ID тайм-слот в кадре, в течение которого терминал будет выходить в сеть. Терминал ждет своего времени, и когда начнется его тайм-слот, терминал переходит в режим обмена данными с ТД и получением подтверждения.
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, полная пропускная способность физического канала связи составляет около 40 Мбит/с. На физическом уровне производится канальное кодирование со скоростью 1/2. Поэтому итоговая скорость потока физического канала будет составлять около 80 Мбит/с.
1.8.2. Анализ и обоснованный выбор мер по защите физического уровня от многолучевости.
Для защиты от многолучевости в системе беспроводного доступа эффективноприменяется 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 2450МГц, высоты размещения БС 25м, высоты МС 2м, расстояния до абонента 2000м:
Выберем модуляцию QAM-16 которая широко используется в системах передачи данных, обеспечивает высокую скорость передачи данных и достаточную помехоустойчивость.
График зависимости битовой ошибки от ОСШ для QAM-16 Q(Eb/N0) изображен на рисунке:
Для заданной в ТЗ вероятности ошибки 2*10^-6 требуется ОСШ Eb/N0=14.1 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 11приведён график зависимости битовой ошибки от ОСШ для модуляции QAM-16 Q(Eb/N0) с применением сверточного кода со скоростью ½, и без него:
Для заданной в ТЗ вероятности ошибки 2*10^-6 при использовании кодирования получили Eb/N0=10.4 дБ. Выигрыш при этом составляет 3.76 дБ.
После кодирования производится перемежение бит 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:
5            5           1          13        1          6          1         6          1         13          1          5           6
    Gl
Data
PI
Data
PI
Data
0
Data
PI
Data
PI
Data
Gl
Общее количество поднесущих N=64:  для передачи данных Ndata=48,  пилот-сигналов Npi=4, защитный интервал NGI=11
1.8.6. Пояснение структурной схемы физического уровня системы.
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, а петля ФАПЧ для битовой синхронизации. Структурная схема физического уровня:
1.8.7. Обоснование видов и назначения логических каналов связи, используемых на физическом уровне.
1) Канал подстройки частоты, по которомупередаются данные для битовой синхронизации.
2) Канал настроечной последовательности: по нему будет передаваться настроечная последовательность, которая необходима для адаптации фильтров 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 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/273
КП «Радиосеть передачи данных» Часть2: http://omoled.ru/post/274