Курсовой проект по дисциплине

«Системы и сети связи с подвижными объектами»

Радиосистема управления освещением

Часть 3.

Выполнил студент группы 9110 Белова Татьяна.

1.6. Построение канального уровня системы.

1.6.1. Описание назначения сервисов канального уровня исходя из контекста решаемых задач. Определение способов адресной и широковещательной доставки сообщений канального уровня.

В данной радиосистеме на канальном уровне будут осуществляться сервисы такие, как:

-передача сообщения от ЦТ к Т и в обратном направлении.

-проверка достоверности принятого сообщения.

Адресная доставка сообщения осуществляется при необходимости отправки команды либо одному, либо группе терминалов. В поле адрес получателя при передаче сообщения от ЦТ к Т на КУ добавляется идентификатор терминала, кому предназначается это сообщение. В сообщении канального уровня в поле адрес нет необходимости указывать адрес ЦТ, т.к. для всех терминалов источником/получателем сообщений является ЦТ. При необходимости передачи сообщений всем Т в пакете в поле «адрес» находится идентификатор «0».

Принимая сообщения, каждый Т исполняет команды только из тех сообщений, в которых присутствует в поле адрес собственный идентификатор терминала или «0».

Проверка достоверности передачи необходима в связи с возможностью передачи сообщения с ошибкой. Проверка осуществляется на основе вычисления контрольной суммы CRC. Сервис определяет. Передано ли сообщение с ошибкой или нет.

1.6.2. Выделение типов логических каналов связи (ЛКС), используемых на канальном уровне. Пояснение назначения сообщений, передаваемых по каждому ЛКС. Оценка возможности применения ARQ (Automatic Repeat-reQuest) в ЛКС. Способы обеспечения достоверности принимаемых сообщений в каждом ЛКС.

В данной системе нет необходимости передачи данных больших объемов. Так же нет необходимости в очень высоком быстродействии системы.  По ТЗ необходимо использовать минимально возможную полосу частот. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод что нам необходим один ЛКС - множественный доступ с разделением по времени. Каждому Т будет выделен строго определенный для него интервал времени, в течении которого будет осуществляться доступ к ЛКС и передача сообщения.

Существует необходимость введения метода защиты от ошибок ARQ. При отправке сообщения от ЦТ к Т, ЦТ ждет отчет об исполнении команды. При отсутствии такого ЦТ отправляет команду заново. В случае, когда Т отправляет данные на ЦТ, ситуация аналогична – Т ждет отчета о доставке, если он не поступил, Т отправляет данные снова. Достоверность сообщения проверяется по полю контрольной суммы CRC. Приемной стороне известен алгоритм расчета контрольной суммы. При совпадении рассчитанной контрольной суммы и той, что находится в поле CRC принимается решение что пакет принят верно и отправляется отчет о приеме. Если суммы не совпадают, отчет не отправляется и тогда данные отправляются с передающей стороны заново.

1.6.3. Долевая оценка пропускной способности ЛКС, оценка полного трафика системы. Составить сводную таблицу ЛКС с указанием наименования, назначения и типа КС.

Различные типы сообщений передаются по единственному ЛКС. Они будут занимать 100 % пропускной способности ЛКС.

Возможные варианты сообщений:

- команда запроса от ЦТ к Т о готовности его принять команду управления

- ответ Т о готовности принять команду управления

- команда изменения параметров освещения: увеличение/уменьшение яркости

- передача данных телеметрии

- отчет Т о принятии/исполнении команды

Рассчитав объем передаваемых пакетов……….

Имеется 100 светильников, максимальное время, через которое должен прийти ответ от каждого из них на запрос – 1 сек. Максимальное число пакетов, возможное для передачи будет в том случае, когда с ЦТ отправляется запрос или команда всем Т. Тогда ЦТ в ответ получит 100 пакетов, по одному от каждого Т. В случае получения пакета с ошибкой, передача повторяется. Примем, что максимальное число ошибочных пакетов – 50. Это 50*165=8250 бит (подробнее о количестве бит в пакете физического уровня п 1.7.1.). Тогда полное число пакетов будет 1+100+50=151 пакет по 165 бит. Итого 151*165=24,915 Кбит/с – необходимая скорость передачи.

1.6.4. Анализ необходимости наличия разных профилей настройки физ. уровня. Проработка иллюстрации способа оперативного управления профилями физического уровня.

Данная система достаточно проста, в ней нет подвижных объектов, из этого следует, что нет необходимости вводить различные профили настроек физического уровня, ограничимся одним. Использовать будем QPSK-модуляцию, блочное кодирование БЧХ (127, 36), с исправляющей способностью 15.

1.6.5. Пояснение структуры сообщения (пакета) канального уровня: описание предполагаемых видов пакетов и необходимых полей. Описание процедуры типового обмена сообщениями между объектами канального уровня.

Типы передаваемых пакетов Оценим размеры разных типов пакетов канального уровня.

В целом пакет канального уровня будет иметь вид, изображенный на рисунке 1.


Рис.1. Общая структура пакета канального уровня.

Поле «0» - индикатор начала пакета (4 бита в начале и конце пакета).

Поле «CRC» - поле, в котором находится контрольная сумма. По этому полю проверяется правильность принятого сообщения. Размер 8 бит.

Поле «Адрес» - поле, в котором содержится идентификатор Т в случае, если:

- отправитель сообщения ЦТ - идентификатор того Т, кому предназначается сообщение

- получатель сообщения ЦТ - идентификатор того Т, от кого отправлено сообщение.

Размер поля «Адрес» - 7 бит, т.к. в системе используется 100 светильников ( 27=128)

Поле «DATA» -  поле, в котором содержатся данные, необходимые для передачи получателю. Это может быть:

- команды управления

- отчеты о успешном принятии пакета, выполнении команды.

- пакет телеметрии

 В пакетах будут содержаться только номера команд, которые необходимо выполнить получателю. Соответствие номеров и команд прописано в информационной подсистеме каждого устройства. Поэтому на это поле выделим 13 бит.

Соответственно весь пакет канального уровня будет состоять из 4+7+13+8+4=36 бит.

1.7. Построение физического уровня системы.

1.7.1. Назначение физического уровня, пояснение способа организации физических каналов и вида доступа к ним. Пояснение инкапсуляции сообщений ЛКС канального уровня на физические каналы.

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. Выполняются следующие функции:

- синхронизация

- модуляция

- помехоустойчивое кодирование.

Сообщение, поступившее с канального уровня, уже не рассматривается как набор полей, а представляет собой одно поле, содержащее некоторые биты информации, к которым добавляются поля физического уровня. Процесс добавления полей физического уровня к сообщению канального уровня называется инкапсуляция. Структура пакета физического уровня изображена на рисунке 2.


Рис. 2. Общая структура пакета физического уровня.

Нулевые поля размером 4 бита в начале и конце пакета используются для обозначения границ этого пакета. Для корректировки рабочей частоты используется поле подстройки частоты. Данному полю отводится 15 бит. Поле синхронизации содержит синхропоследовательность длиной 15 бит, после обнаружения которой, приемник готов к приему данных. Поле канального уровня содержит -  закодированные БЧХ кодом данные, которые приходят с канального уровня, и биты расширяющей последовательности.

1.7.2. Анализ и обоснованный выбор мер по защите физического уровня от многолучевости.

В данной системе нет подвижных объектов, пути распространения сигнала практически не изменяются. Помехоустойчивое кодирование используется с целью возможности исправления ошибок на приемной стороне.

1.7.3. 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.

По решению ГКРЧ от 07.05.2007 № 07-20-03-001 мы можем использовать полосу частот в диапазоне 2400–2483,5 МГц с мощностью до 100 мВт. Это внутриофисные локальные радиосети (технология ZigBee). Разрешается использование только в пределах зданий, сооружений, закрытых промышленных и складских площадках.

По заданию необходимо выбрать модель предсказания потерь. Международным союзом телекоммуникаций была предложена модель предсказания потерь ITU R P.1238-7.

 

N- дистанционный коэффициент потерь мощности;

f -  несущая частота (МГц);

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

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

n - количество этажей между базовой станцией и переносным терминалом (n >= 1).

Тогда 

1.7.5. Энергетический расчет системы: выбор частотного диапазона; 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.

Минимальная полоса пропускания:


Шумовая полоса приемника:


Мощность шума:


где k=1.38E-23 – постоянная Больцмана,  T0 = 290 К шумовая температура, Пш  шумовая полоса приемника

Значение мощности теплового шума:


1.7.6. Обоснованный выбор метода помехоустойчивого кодирования, перемежения, деперемежения, оценка эффективности кодирования.


Рис.3. Графики вероятности символьной ошибки для BPSK без кодирования и с кодированием.

Для обеспечения необходимой по ТЗ вероятности ошибки 105  для системы без кодирования (синий график) необходимо использовать 8,37 дБ. При введении в систему блочного помехоустойчивого кодирования БЧХ (127,36) необходимое отношение сигнал/шум уменьшается до 4 дБ. Соответственно, имеем выигрыш в ОСШ 8,37-4=4,37 дБ.

1.7.8. Пояснение функциональной схемы физического уровня системы.

Пакет канального уровня кодируется помехоустойчивым кодером и передается на физический уровень. На этом уровне происходит сборка пакетов для передачи их в канал связи. Перед передачей в канал пакеты модулируются BPSK кодером и затем передаются в канал.


Список использованной литературы:

  1. http://omoled.ru/publications/view/353  Тема 5. Радиосистема управления освещением.3 часть
  2. http://omoled.ru/publications/view/352 Радиосистема управления освещением. Часть_3.
  3. http://omoled.ru/publications/view/345 КП “Радиосистема управления освещением” Часть 3
  4. Бакке А.В. "Лекции по курсу ССПО".
  5. http://omoled.ru/publications/view/430 КП "Радиосистема управления освещением". Часть 1. Белова Т.
  6. http://omoled.ru/publications/view/439  КП "Радиосистема управления освещением". Часть 2. Белова Т.