КП "Локальная радиосеть".Часть 4

2. Экспериментальная часть

2.1. Разработка модели системы в среде Matlab, демонстрирующей пример передачи сообщений между объектами верхнего уровня.

В данной статье предложено описание разработанной в среде Matlab модели системы, демонстрирующей пример передачи служебного сообщения по каналу разрешенного доступа AGCH, необходимое для уведомления терминала о том, что ему необходимо приготовится к приему информации.

Рис. 27. Структура передаваемого пакета.

Передающая часть

%%% -----Передатчик----- %%%

% Выбор профиля осуществляется на основе результатов работы блока оперативных радиоизмерений

mod_type = 0; % 0 -> BPSK , 1-> QAM-16

Формирование поля DATA (рис. 2).

% Формирование пакета канального уровня

% Заполнение поля DATA

ADD_RECEVIER = [1 1 0 1 1 0]; % 6 бит

ADD_TRANSMITTER = [1 0 1 0 1 0]; % 6 бит

PTYPE = [1 1 1 1]; % 4 бит

NOMBER =[0 0 0 0 0 0]; % 6 бит

USRDATA =[strtobin('ТЕРМИНАЛ №.. ПРИГОТОВЬТЕСЬ К ПРИЕМУ!')']; % 256 бит

Формирование пакета физического уровня.

% Формирование окончательного пакета

FL = [1 0 1 0 1]; % 5 бит

DATA = [ADD_RECEVIER ADD_TRANSMITTER PTYPE NOMBER USRDATA] % 278 бит

CRC = [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]; % 16 бит

TAIL = [0 0 0 0 0 0 0]; % 7 бит

% Заполнение поля CRC

[q,r] = deconv([DATA CRC],poly);

r = mod(abs(r),2);

CRC = r(end-length(CRC)+1:end);

% Формирование пакета физического уровня

MSGL2 = [FL DATA CRC TAIL]; % 306 бит

Блок помехоустойчивого кодирования.

% Помехоустойчивое кодирование

t = poly2trellis(7, [171 133]);

codMSGL2ni = convenc(MSGL2,t);

Перемежение.

% Перемежение

codMSGL2 = randintrlv(codMSGL2ni, 534);

Выбор модуляции

if mod_type == 0 % BPSK

mPos = 2; % позиционность модуляции

else % QAM-16

mPos = 16;

end;

Инициализация OFDM

Ngr = 0; % количество неиспользуемых поднесущих и приходящихся на защитные интервалы

% номера пилотных поднесущих в OFDM-символе

pilotIndexes = [1 14 26 39 51 64];

%Размерность OFDM-символа

Nc=64;

%В качестве примера задан большой блок битов, для передачи которого

%потребуется несколько OFDM-символов

msg_length = length(codMSGL2);% длина передаваемого сообщения, битов

% количество поднесущих с данными

Ndata = Nc - length(pilotIndexes); % 58 поднесущих

% количество битов, передаваемых в одном OFDM-символе

s_length = Ndata * log2(mPos); %

ns = floor(msg_length/s_length)+1; % сколько потребуетсяOFDM-символов

% сколько потребуется добавить незначащих битов - как разница между тем

% количеством битов, что обеспечивает расчетное количество OFDM-символов, и

% количеством блоком в передаваемом сообщении

fil_zero = zeros(1, ns*s_length - msg_length);

% формирование символа, перносящего служебную информацию

% Информация о применяемом профиле модулированна BPSK

Формирование сервисного OFDM символа.

В начале каждого сформированного OFDM-символа находится циклический префикс. Размер циклического префикса составляет 1/16 часть длины символа. Один OFDM-символ будет передаваться с использованием 58 поднесущих.

h = modem.pskmod(mPos); % BPSK профиль

h.inputtype = 'bit';

h.SymbolOrder = 'gray';

h.PhaseOffset = pi/2;

seqBarker = [0 0 0 1 1 1];

SERVMSG = zeros(1,Nc);

SERVMSG(pilotIndexes) = seqBarker;

SERVMSG(2) = mod_type; % Информация о виде модуляции

IQ_SERV = modulate(h, SERVMSG');

% Формирование OFDM символа

serv = ifft(IQ_SERV);

% Cообщение канального уровня

data = codMSGL2;

Инициализация модулятора.

% выбор вида модуляции

if mPos == 16

h = modem.qammod(mPos); % QAM-16 профиль

else

h = modem.pskmod(mPos); % BPSK профиль

end;

% Параметры модуляции

h.inputtype = 'bit';

h.SymbolOrder = 'gray';

h.PhaseOffset = 0;

% дополнение блока битов сообщения нулями до той величины, которую

% способны транспортировать рассчитанное выше количество OFDM-символов

data = [data fil_zero]';

Модуляция сигнала.

% собственно квадратурная модуляция

IQ_signal = modulate(h, data);

%формирование OFDM-символов и добавление символа, переносящего служебную

%информацию

Формирование OFDM символов.

[mof,OS,OSf,OSp] = makeOfdmFrame(IQ_signal, ns);

ofdmFrame =[serv' mof];

Формирование символов преамбулы.

%формирование символов преамбулы

%Короткие символы - для подстройки частоты (синхронизация по частоте)

ShortTrainingSymbols = sqrt(13/6)*[0 0 1+j 0 0 0 -1-j 0 0 0 1+j 0 0 0 -1-j 0 0 0 -1-j 0 0 0 1+j 0 0 0 0 0 0 -1-j 0 0 0 -1-j 0 0 0 ...

1+j 0 0 0 1+j 0 0 0 1+j 0 0 0 1+j 0 0];

short_symbols = ifft(ShortTrainingSymbols);

% выделение первых 16 отсчетов

Strs = short_symbols(1:16);

% Формирование 10 кототких символов преамбулы на основе выбранного набора

short_trs=[Strs Strs Strs Strs Strs Strs Strs Strs Strs Strs];

%длинный символ преамбулы для подстройки времени (синхронизация по времени)

LongTrainingSymbols=[0 0 0 0 0 0 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 ...

1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0];

long_symbol = ifft(LongTrainingSymbols);

long_trs = [long_symbol(64-2*16+1:64) long_symbol long_symbol];

% Пакет физического уровня (символы преамбулы и OFDM-символы)

phy_frame = [short_trs long_trs ofdmFrame];

plot(abs(phy_frame));

% Канал связи

figure(1);

plot(abs(phy_frame));

Рисунок 28. Временные реализации пакетов физического уровня BPSK

Рисунок 29. Временные реализации пакетов физического уровня QAM-16

Добавление белого гауссовского шума

phy_framer =awgn(phy_frame,25);

Приемная часть.

Выделение преамбулы, служебной информации и пакета канального уровня из принятого сообщения.

%%% Приемник %%%

% Выделение преамбулы, служебной информации и поля данных + FEC

long_trs = phy_framer(1:320);

servr = phy_framer(321:384);

OfdmFramer = phy_framer(385:end);

Демодуляция служебного символа.

% Обработка служебного сообщения с целью определения вида модуляции (BPSK, QAM-16)

IQ_SERVr = fft(servr');

h = modem.pskdemod(2);

h.SymbolOrder = 'gray';

h.PhaseOffset = 0;

h.OutputType = 'bit';

SERVMSGr= demodulate(h,IQ_SERVr);

mod_typer = SERVMSGr(2);

Принятие решения об использовании необходимого профиля.

if mod_typer == 1

h = modem.qamdemod(16); % QAM-16 профиль

else

h = modem.pskdemod(2); % BPSK профиль

end;

Инициализация демодулятора.

h.SymbolOrder = 'gray';

h.PhaseOffset = 0;

h.OutputType = 'bit';

% Выполняем выделение OFDM символов из общего потока

IQ_signalr = [];

% вектор, необходимый для устранения пилот сигналов

nopilotIndexes = [2:13 15:25 27:38 40:50 52:63];

OSr = [];

OSpr = [];

Обратное OFDM преобразование.

for i = 0 : (length(OfdmFramer)/68)-1

% убираем префикс

IQ_sig = OfdmFramer((5:68)+ i*68);

OSr = [OSr; IQ_sig];

% переход к частотной области

IQ_sign = fft(IQ_sig);

OSpr = [OSpr; IQ_sign];

% убираем пилот сигналы и Формируем поток данных

IQ_signalr = [IQ_signalr IQ_sign(nopilotIndexes)];

end;

figure(3);

plot(IQ_signalr,'x');

Демодуляция сигнала.

datar = demodulate(h,IQ_signalr);

codMSGL2r = datar(1:end - length(fil_zero));

Рис.30. Созвездие BPSK сигнала после обратного преобразования OFDM при ОСШ=25 дБ .

Рис.31. Созвездие QAM-16 сигнала после обратного преобразования OFDM при ОСШ=25 дБ.

При построении сигнально-кодовых созвездий (рис.3) были выбраны минимальные значения ОСШ, при которых не возникают ошибки.

Деперемежение.

codMSGL2nir = randdeintrlv(codMSGL2r,534);

Помехоустойчивое декодирование.

MSGL2r = vitdec(codMSGL2nir,t,7,'cont','hard');

Выделение полей FL, DATA, CRC.

MSGL2r = MSGL2r(8:end);

FLr = MSGL2r(1:length(FL));

DATAr = MSGL2r(length(FL)+(1:length(DATA)));

CRCr = MSGL2r(length(FL)+length(DATA)+(1:length(CRC)));

Проверка целостности принятого сообщения.

% ПРоверка пакета на наличие ошибок

[q r]=deconv([DATAr CRCr], poly);

% Проверка остатка

r=mod(abs(r),2);

if r == zeros(1,length([DATAr CRCr]))

detect=0;% ошибок нет

'Без ошибок!'

else

detect=1;% обнаружены ошибки

'Обнаружены ошибки!'

end;

Выделение полей ADD_RECEVIER, ADD_TRANSMITTER, TYPE, NUMBER, MAINDATA.

ADD_RECEVIERr = DATAr(1:length(ADD_RECEVIER));

ADD_TRANSMITTERr = DATAr(1:length(ADD_TRANSMITTER));

PTYPEr = DATAr(length(ADD_RECEVIER)+length(ADD_TRANSMITTER)+(1:length(PTYPE)));

NOMBERr = DATAr(length(ADD_RECEVIER)+length(ADD_TRANSMITTER)+length(PTYPE)+(1:length(NOMBER)));

USRDATAr= DATAr(length(ADD_RECEVIER)+length(ADD_TRANSMITTER)+length(PTYPE)+length(NOMBER)+(1:length(USRDATA)));

'ТЕРМИНАЛ №.. ПРИГОТОВЬТЕСЬ К ПРИЕМУ!!'

Продемонстрируем результаты работы модели. После запуска программы в командном окне среды MATLAB, появится сообщение, которое передается по каналу разрешенного доступа AGCH терминалу.

Модуляция BPSK, ОСШ = 25 дБ:

ans =

Битовые ошибки отсутствуют!

ans =

ТЕРМИНАЛ №.. ПРИГОТОВЬТЕСЬ К ПРИЕМУ!!

Модуляция QAM-16, ОСШ = 25 дБ:

ans =

Битовые ошибки отсутствуют!

ans =

ТЕРМИНАЛ №.. ПРИГОТОВЬТЕСЬ К ПРИЕМУ!!

Список используемой литературы:

1.А.В. Бакке. «Лекции по курсу ССПО»