Разработка модели
цифрового радиомодема.
Данная
работа заключается в разработке модели, которая должна обеспечивать совместную
адресную передачу сообщений нескольким пользователям и широковещательную
передачу системной информации о сети. Приёмник, начав свою работу со случайного
символа сохранённой записи радиосигнала, должен обнаружить в непрерывном потоке
символов широковещательное сообщение и выяснить, имеются ли для него
передаваемые сообщения. Если в записи радиосигнала имеется сообщение для
данного терминала, то терминал должен осуществить приём оставшейся части этого
сообщения. На начальном этапе своей работы были проработаны задачи,
решаемые на физическом и канальном уровнях оборудования цифровой системы связи. Что включает в себя
обоснование структуры и разработку радиоинтерфейса сети.
Что такое модуляция QAM?
Начнем с того, что QAM является разновидностью многопозиционной амплитудно-фазовой модуляции. В соответствии с принципами этой модуляции цифровой сигнал кодируется в виде дискретов в фазовой плоскости IQ, где I представляет собой синфазную составляющую, a Q - квадратурную. Результирующий сигнал можно представить как определенное изменение двух параметров сигнала - амплитуды и фазы (Am,Im), откуда и название амплитудно-фазовой модуляции.
Принцип амплитудно-фазовой модуляции QAM.
Входящий поток цифровых данных преобразуется в последовательность кодовых символов. Затем каждый кодовый символ преобразуется в сигнал определенного соотношения I и Q, так что на выходе получается амплитудно-модулированный сигнал QAM.
Использование QAM для передачи цифрового сигнала имеет следующие особенности.
- Передаваемая информация кодируется одновременными изменениями амплитуды и фазы несущего колебания (Am,Im),
- При модулировании синфазной и квадратурной составляющих используется одно и то же значение дискрета изменения амплитуды (р).Окончания векторов модулированного колебания Zm образуют прямоугольную сетку на фазовой плоскости. Число узлов такой сетки определяется типом используемого алгоритма QAM. Схему расположения узлов принято называть созвездием.
Типичная схема обозначения: < QAM -<число>, где <число> - количество узлов на фазовой плоскости, а также максимальное количество различных значений модулированного сигнала. В качестве иллюстрации представлено созвездие QAM-16. Как следует из названия, в таком сигнале имеется 16 состояний. Преобразование цифровых данных в QAM-16 идет следующим образом.
- Последовательность данных разделяется по 4 бита.
Структура созвездия QAM-16.
4-битовые комбинации в таком случае рассматриваются как кодовые символы QAM-16.
Для каждой комбинации из 4-битов существует кодирующий ее сигнал QAM-16.
Наиболее простой модуляцией семейства QAM является QPSK, или QAM-4, в которой изменение фазы несущего колебания выполняется с шагом р/2. Для такой модуляции существует только 4 состояния, а один кодовый символ соответствует 2 битам. В результате скорость передачи информации (измеряемая в бодах) будет в 2 раза меньше битовой скорости данных. Более сложные варианты QAM-16/32/64/128/256 позволяют еще больше уменьшить скорость передачи информации. Одновременно уменьшается помехозащищенность кодирования. Чем большее количество состояний входит в созвездие QAM, тем больше вероятность того, что в результате помехи произойдет кодовая ошибка. Следовательно, QPSK оказывается более устойчивой к ошибкам модуляцией, чем QAM-64. Здесь имеет место паритет между допустимой скоростью передачи и уровнем помехозащищенности. Чем выше уровень QAM, тем больше скорость передачи, но тем выше уровень ошибок и тем большие требования предъявляются к отношению сигнал/шум.
Разрабатываемая модель должна обеспечивать
совместную адресную передачу сообщений нескольким пользователям и широковещательную
передачу системной информации о сети. Иже представлена структурная схема сети изображена.
Она состоит из точки доступа, которая осуществляет рассылку сообщений и из нескольких
терминалов, осуществляющих прием данных.На
предложенной структурной схеме сети в качестве сообщения могут использоваться,
к примеру, любые текстовые файлы. На каждый терминал должно прийти сообщение и
общая информация о сети. А по результатам приема определены статистические
свойства ошибок.
Проработка логических
уровней модели.
В
работе используем иерархическую трёхуровневую модель передачи данных. А именно,
физический, канальный и уровень управления радиоресурсами. Остановимся
подробнее на функциях каждого уровня.
•Физический
уровень. Формирует и принимает
потоки битов, обеспечивает их надёжную доставку на канальный уровень. При формировании учитывали необходимый минимум –
процесс модуляции и помехоустойчивого кодирования. Структура пакета :
•Канальный
уровень. Адресная и широковещательная доставка сообщений. На нём должна
существовать службы, осуществляющая проверку достоверности принятого сообщения. Приведём структуру
сообщения канального уровня:
•Уровень
управления радиоресурсами. Закладка различных сценариев взаимодействия
терминалов с точкой доступа. В рамках нашей разработки все сообщения можно интерпретировать
либо как служебные, либо как информационные. Точка доступа указывает терминалу
тип сообщения и алгоритм его обработки. Получившаяся структура:
Список используемой литературы.
1. Скляр Б. «Цифровая связь». М.: издательство Вильямс, 2004г.
Статью подготовили Ночная А.Е. и Кривошеина М.С.