«РАДИОМОДЕМ. ТАКТОВАЯ И ПАКЕТНАЯ СИНХРОНИЗАЦИЯ»

СТАТЬЯ 2.

Выполнили: Воробьев А.Г., Никишкин П.Б.

Необходимо организовать обмен сообщениями между двумя любыми терминалами по радиоканалу (рис. 1). Один из терминалов является ведущим устройством (master), отвечающим за выполнение сценариев соединения и за управление радиоресурсом, другой – slave, исполняющим «волю» ведущего терминала.

Постановка задачи:

1)      Подробный анализ задач канального уровня, связанных с решаемой проблемой, и пояснение необходимых для выполнения этих задач видов сообщений L2-уровня.

2)      Обоснование и подробное описание задач, выполняемых на физическом уровне, включая задачи синхронизации, проработку структуры сообщений физического уровня.

 Анализ поставленной задачи.

Канальный уровень предназначен, для формирования пакетов из поступающих данных с целью последующей передачи по каналу связи. Так как нам нужно организовать соединение “радиомост”, то это значит, что в нем участвуют только два терминала – ведущий и ведомый. Следовательно, необходимости в адресации сообщений нет. Нужно указать тип передаваемого сообщения (поле TYPE). Сообщение может быть информационным (traffic) или служебным (service). Также на канальном уровне осуществляется проверка достоверности принятого сообщения, с помощью циклического кода (в рамках данной работы CRC-16).

Физический уровень модели предназначен для непосредственной передачи данных, поступающих из канального уровня, по физической каналу связи. На этом уровне закладывается частотная, тактовая и пакетная синхронизация.

Пакет  физического уровня  можно изобразить следующим образом (рисунок 3):

Основной частью пакета является информационная часть – Сообщение - L2. Она несет сообщение канального уровня и занимает 223 бит. Далее идет поле FEC - Forward Error Correction (параметры помехоустойчивого кодирования). Так как необходимо исправлять не менее 4 ошибок, то воспользуемся кодом БХЧ (255,223), который исправляет 4 ошибки. Для этого требуется ввести 32 избыточных бита.

Для обеспечения частотной и временной синхронизации вводятся поля F_SYNC и T_SYNC длиной по 32 бита. При этом F_SYNC представляет из себя комбинация из всех нулей (0000.....0000). Таким образом, в канал связи излучается немодулированная несущая, по которой приемник сможет подстроить свой генератор с помощью системы ФАПЧ.T_SYNC – представляет из себя псевдослучайную последовательность, по максимуму корелляционной функции которой приемник сможет подстроить время. Для осуществления пакетной синхронизации, пакет обрамляется так называемыми “флагами” – специальной комбинацией бит, по которой приемник определит начало и конец пакета. Флаг представляет из себя комбинацию 0111 1110. 

Так как используется модуляция QAM – 16, то есть каждый символ кодируется 4 битами, то длина сообщения L1 уровня должна быть кратна 4. Для этого введем один нулевой бит. 

Теперь рассмотрим сообщение L3 уровня. Для этого вспомним структуру сценария взаимодействия (рисунок 4). Здесь, если в этапе сценария написано Sync, значит, данный пакет отсылается с добавлением полей синхронизации:

Рисунок 4. Сценарий взаимодействия: а) сценарий M-S; б) сценарий  S-M.

Также для наглядности приведем диаграммы состояний (рисунок 5.). 

Здесь:

- Number – номер пакета (начиная с нуля).

Рисунок 7. Обобщенная структура пакетов трех уровней.

Но так как одно из устройств является мастером, а другое подчиненным, то подстройка частоты и времени ведется под устройство-мастер. При этом пакеты физического уровня Slave не будут иметь поля F_SYNC и T_SYNC, но пакетная синхронизация все же сохранится. Тогда пакеты L1 уровня на каждом шаге будут выглядеть следующим образом (рисунок 8).