1.6. Построение канального уровня системы (L2)

1.6.1. Описание назначения сервисов канального уровня исходя из контекста решаемых задач (п.1.4). Определение способа идентификации служебных и информационных сообщений, пояснение способа адресной и широковещательной доставки сообщений канального уровня.

            Как и говорилось в п.1.4 основными функциями канального уровня являются предоставление множественного доступа к физическим каналам, организация логических каналов, а также обеспечение надежной адресной и широковещательной передачи сообщений в пределах сети. Для осуществления последней функции необходимы служба адресации и служба проверки целостности.

            Рассмотрим обобщенную структуру пакета канального уровня (рис. 12).


Рис.12. Обобщенная структура пакета канального уровня.

            Служба адресации отвечает за адресную передачу сообщений, за счет помещения адреса АР или Т в поле заголовка пакета канального уровня. Под адресом АР понимается идентификатор АР (SSID), который хранится в информационной системе Терминалов, зарегистрированных в сети, а в качестве адреса Т используется индивидуальный идентификатор каждого Т (IDT), список которых есть в ИС АР. Так как по требованию технического задания разрабатываемая система рассчитана максимум на 100 абонентов, то для поля адреса необходимо 7 бит, чтобы присвоить каждому абоненту уникальный номер (27=128). Кроме адресных сообщений в сети также присутствует широковещательная информация. Для того, чтобы Т могли ее отличить в поле адреса устанавливается уникальная комбинация – 0000000.

            Служба проверки целостности путем расчета контрольных сумм (CRC) проверяет правильность принятых данных. В данной работе будем использовать для этого CRC-16, то есть поле CRC будет иметь длину 16 бит.

            Также необходимо предусмотреть то, что узлам сети и терминалам необходимо различать, какого типа сообщение передается – информационное или служебное. Для этого будем использовать поле управление кадром. Установим комбинацию из всех нулей для служебных сообщений, а комбинацию из всех единиц для информационных. Длина данного поля будет обоснована в п. 1.6.4.

            Канальный уровень можно разделить на LLC- и MAC-подуровни. На MAC-подуровне определяются логические каналы, сообщения которых в дальнейшем будут передаваться по физическому уровню. Также он отвечает за доступ к физическим каналам связи. На LLC-подуровне происходит сборка/разборка пакетов канального уровня.

1.6.2. Выделение типов логических каналов связи (ЛКС), используемых на канальном уровне. Краткое пояснение назначения сообщений, передаваемых по каждому ЛКС (в соответствии с п.1.5.6.). Способы обеспечения достоверности принимаемых сообщений в каждом ЛКС.

            Логические каналы сети можно разделить на 4 группы:

1.      Широковещательные;

2.      Каналы доступа;

3.      Каналы управления;

4.      Каналы трафика.

            В соответствии с разработанным в п.1.5.6 сценарием на канальном уровне необходимы следующие логические каналы:

BCCH (Broadcast Control Chanel) – широковещательный канал, предназначенный для рассылки широковещательной информации о сети.

RACH (Random Access Channel) – канал случайного доступа, необходимый для передачи Терминалом своего идентификатора в сеть для прохождения регистрации.

AGCH (Access Grant Channel) – канал разрешенного доступа, предназначен для опроса терминалов на предмет их активности и режима работы, оповещения терминала об успешной регистрации в сети, предоставлении ему подканала связи и о наличии у АР сообщения для Т.

ACH (Access Channel) – канал доступа, предназначен для передачи Терминалом заявки на канал, а также подтверждения готовности к приему данных.

FACCH (Fast Associated Control Channel) – быстрый совмещенный канал управления, который используется для передачи обслуживания Т другой АР и для передачи служебных сообщений.

TCH (Traffic Channel) – канал трафика, предназначен для передачи данных. Для передачи сообщений используется режим гарантированной доставки. Подтверждения о доставке и запросы на повторную передачу сообщений также будут передаваться  по каналу трафика.

            Для пульсирующего трафика, можно обеспечить гарантированную передачу, для этого будем использовать  метод ARQ с остановкой и ожиданием (SAW). Согласно этой процедуре без подтверждения может быть передан только один кадр. После передачи очередного кадра передающая сторона ждет подтверждения. Если поступает отрицательное подтверждение или произойдет превышение времени тайм-аута, кадр передается повторно. Кадр сбрасывается (стирается) из накопителя передатчика лишь после получения положительного подтверждения (рис.13).


Рис.13. Метод SAW

 

            Оценкой достоверности сообщения будет служить контрольная сумма (CRC). Сущность этого метода заключается в том, что в поле контрольной суммы записывается значение, полученное путём преобразования битов данных. На приёмной стороне по принятым битам вычисляется новая контрольная сумма, и полученное значение сравнивается с принятым. При совпадении результатов можно сделать вывод о том, что  целостность данных сохранена.

1.6.3. Вычисление долевой оценки пропускной способности ЛКС, оценка полного трафика системы. Составление сводной таблицы ЛКС с указанием наименования, назначения и типа КС.

            По материалу, изложенному в предыдущем пункте, составим сводную таблицу логических каналов связи.

Таблица 1. Сводная таблица ЛКС.

Наименование канала

Назначение

Тип канала

BCCH (Broadcast Control Chanel)

Рассылка широковещательной информации о сети

Широковещательный канал (направление вниз)

RACH (Random Access Channel)

Передача IDТ

Канал случайного доступа (направление вверх)

AGCH (Access Grant Channel)

Подтверждение регистрации, опрос Терминалов, оповещение о предоставлении канала

Канал разрешенного доступа (направление вниз)

ACH (Access Channel)

Запрос на предоставление канала связи, подтверждение готовности к приему

Канал доступа (направление вверх)

FACCH (Fast Associated Control Channel)

Передача обслуживания, служебная информация

Быстрый совмещенный канал управления (направление вверх/вниз)

TCH (Traffic Channel)

Передача данных, подтверждения правильности приема

Канал трафика (направление вверх/вниз)

 

            Для определения долевой оценки пропускной способности ЛКС и полного трафика всей системы разделим весь имеющийся физический канал на доли, которые выражены в процентах. Пропускная способность всей системы: τ1+ τ2 + τ3 + τ4 + τ5 + τ6  = 100%.

            Так как основной услугой, предоставляемой системой, является передача данных, то большая часть общей пропускной способности будет приходиться на канал трафика – не менее 90%. Остановимся на 90%, а оставшуюся часть разделим поровну на 5 каналов – по 2% (рис.14).


Рис.14. Долевая оценка пропускной способности ЛКС

            По условию ТЗ гарантируемая скорость передачи данных в направлении вниз (от АР к Т) составляет 512 кбит/с, а в направлении вверх (от Т к АР) -  96 кбит/с. Для оценки полного трафика системы необходимо прибавить к этим цифрам 40% на передачу избыточной информации (CRC, адресная информация, ARQ) и получим 716,8 кбит/с и 134,4 соответственно. Эти цифры составят 90%  от общей пропускной способности, будут составлять. Соответственно 100% пропускной способности в направлении вниз – 790 кбит/с; в направлении вверх – 150 кбит/с.

1.6.4. Пояснение структуры сообщения (пакета) канального уровня: описание предполагаемых видов пакетов и необходимых полей.

            Вернемся к изображенной на рис. 12 обобщенной структурной схеме пакета канального уровня, раскрыв подробнее содержание полей для сообщений, передаваемых по каждому из логических каналов:

1.      Сообщение канала BCCH


Рис. 15. Структура сообщения канала BCCH.

Поле Type, значение которого разное для сообщений разных ЛКС, означает тип сообщения. Так как в разрабатываемой системе используется 6 разных логических каналов, то для описания этого поля хватит 3 битов. При этом комбинации 000 и 111 будут указывать на служебные и информационные сообщения соответственно. Для BCCH установим комбинацию 001.

Поле Адрес АР содержит SSID АР, которая совершает рассылку широковещательной информации. Для определения именно широковещательного характера данного сообщения поле Адрес Т заполняется комбинацией из 7 нулей. Размер адресных полей определен числом абонентов в сети (100), то есть необходимо 27 различных комбинаций, чтобы обеспечить их уникальность.

В поле DATA содержится определенная команда – назначение данного сообщения, в случае если необходимо обращение сразу ко всем Т сети.

Поле CRC предназначено для проверки достоверности принятого сообщения и содержит 16 битов. Поле Fill необходимо для выравнивания всех сообщений канального уровня – приведения к одной длине для упрощения их обработки на физическом уровне. Обычно оно заполняется нулями.

2.      Сообщение каналов RACH, AGCH и ACH


Рис. 16. Структура сообщения канала RACH.

Структурно сообщения этих двух каналов доступа ничем не отличаются друг от друга. Type – тип сообщения: RACH – 010, AGCH- 011, ACH - 100. Поле адрес Т на этот раз уже содержит уникальный идентификатор Т. Главным отличием является содержимое поля DATA, которое зависит от назначения данного сообщения.

3.      Сообщение канала FAACH


Рис. 17. Структура сообщения канала FAACH

Тип сообщения – 101. Поля Адрес АР и Адрес Т необходимы для осуществления сценария передачи обслуживания. При передаче по каналу сообщения с адресной служебной информацией поле Адрес АР может быть заполнено всеми единицами, а тип сообщения будет служебным – 000.

4.      Сообщение канала TCH


 

Рис. 18. Структура сообщения канала TCH

В проектируемой сети возможна передача двух видов трафика – пульсирующего и постоянного. В зависимости от этого будут изменяться и сообщения, передаваемые по каналу TCH.

Структура сообщения для пульсирующего трафика представлена на рис. 18. Тип сообщения – 110;  адрес Т – IDT; P – номер потока данных, так как с одного абонентского устройства могут поступать сразу несколько параллельных запросов; N – номер пакета для осуществления повторной передачи пакета и правильной сборки данных на приемной стороне. В поле DATA непосредственно содержится передаваемая информация.

Для постоянного трафика в полях N и CRC нет необходимости, так как обеспечить достоверность передачи с помощью механизма ARQ этом случае невозможно. Следовательно, поле данных будет иметь длину 63 бита. Тип сообщения – 111.

1.6.5. Рассмотрение примера обработки терминалом произвольного служебного сообщения: пояснение последовательности действий, выполняемых терминалом по факту приема сообщения.

            Служебная информация может быть двух видов: широковещательной (передается по каналу BCCH всем пользователям сети) и адресной (передается по каналам FAACH, AGCH конкретному Т). Примерами адресной служебной информации могут быть команды АР уменьшить мощность или оповещение Т о передачи обслуживания другой АР. Поэтому при декодировании принятого сообщения Т выполняет следующую последовательность действий:

1.      Определяет тип сообщения (служебное или информационное) и к какому каналу оно относится с помощью информации, содержащейся в заголовке сообщения (поле Type). Далее будем рассматривать только вариант со служебным сообщением;

2.      Выделяет из заголовка адресную часть, проверяя адресная или широковещательная информация;

3.      Проверяет достоверность переданной информации, вычисляя контрольную сумму и сравнивая ее с полученным на передающей стороне значением (поле CRC);

4.      Выделяет информационную часть, в которой содержится назначение сообщения;

5.      Формирует и передает ответ по каналам ACH или FAACH.

1.7. Разработка физического уровня системы (L1)

1.7.1. Назначение физического уровня, пояснение способа организации физических каналов (ФК). Описание процедуры множественного доступа терминалов к ФК. Пояснение правила выделения ФК под логические каналы L2-уровня. Отражение на физическом уровне решений, обоснованных в п.1.5.

            На физическом уровне решаются следующие задачи: установление физического соединения (физический канал), достоверная доставка сообщений по радиоканалу, а также прием сообщений и их преобразование к виду, необходимому для канального уровня.

            На физическом уровне каналы организуются в соответствии с методами множественного доступа, основными из которых являются:

            Множественный доступ с пространственным разделением каналов (SDMA) – каждое беспроводное устройство может вести передачу данных только в границах определенной территории, на которой любому другому устройству запрещено передавать свои сообщения;

            Множественный доступ с частотным разделением (FDMA) – каждое устройство работает на своей частоте, благодаря чему несколько устройств могут вести передачу на одной территории, при этом различные частоты должны быть разделены защитным интервалом, исключающим взаимные помехи;

            Множественный доступ с разделением по времени (TDMA) – каждый передатчик транслирует сигнал на одной и той же частоте, но в различные, как правило, периодически повторяющиеся промежутки времени при строгой синхронизации процесса передачи.

            Множественный доступ с кодовым разделением (CDMA) – все передатчики передают сигнал на одной и той же частоте, но с разными базовыми кодами.

            Системы с SDMA требуют сложной аппаратной реализации, а FDMA и CDMA не подходят, так как в соответствии с ТЗ требуется обеспечить минимальный диапазон используемых частот, поэтому для организации ФК выберем метод TDMA (рис.19).


Рис. 19. Множественный доступ с разделением по времени

            К тому же, схема TDMA удобна тем, что временные интервалы могут динамично перераспределяться между устройствами сети. Устройствам с большим трафиком назначаются более длительные интервалы, чем устройствам с меньшим трафиком.

            Рассмотренные механизмы – это способы разделения единого канального ресурса на физические каналы. Однако эти каналы необходимо назначить конкретным устройствам. Для этого в данной работе будет использована схема множественного доступа с распределением по запросу (Demand Assigned Multiple Access, DAMA). По сути, работа происходит в два этапа. Первый этап — резервирование ресурсов (временных интервалов) для будущей передачи. На этом этапе все станции заявляют (пытаются заявить) о своих потребностях в канальных ресурсах. На втором этапе происходит непосредственная передача данных в отведенном временном интервале. В этих схемах используется центральный терминал (АР), с помощью которого производится синхронизация передач и осуществляется резервирование. Как правило, механизм резервирования приводит к увеличению времени задержки получения пакетов при слабой загрузке системы, но при этом обеспечивает ей более высокую пропускную способность.

            Поясним данную процедуру, а также другие моменты функционирования разрабатываемой сети с помощью рисунка (рис. 20):


Рис. 20. Временная диаграмма сценария работы сети.

            Т1, находящийся в режиме поиска сети, получает по каналу ВССН широковещательную информацию, содержащую SSID АР1 и номер канала RACH для возможного ответа. После того как Т1 нашел в своей ИС SSID АР1 и убедился в их идентичности, он передает сети свой идентификатор по каналу RACH. АР1 проверяет принадлежность данного IDT ее сети и передает подтверждение регистрации.

            Одновременно с этим подобную процедуру пытается проделать Т5, находящийся в зоне радиопокрытия АР2, однако ему отказано в регистрации, так как его IDT не был найден в ИС АР2. Т5 возвращается в режим поиска сети и ждет прихода новой широковещательной информации.

            После прохождения регистрации Т1 переходит в пассивный режим и ждет сообщения канала AGCH от АР1. В нем точка доступа опрашивает свои Терминалы о необходимости предоставления им канала и информирует их о наличии у нее адресных сообщений. По каналу ACH Т1 и Т2 отправляют запросы о выделении им канала под передачу трафика, а Т3 подтверждает готовность начать прием сообщения от АР1. Т4 при этом отказывается от борьбы за канал и остается в пассивном режиме. Далее с использованием канала TCH происходит передача/прием данных. Окончание передачи данных происходит при передаче подтверждения.

            По результатам радиоизмерений АР1, прослушивающая все активные каналы, видит, что Т1 при передвижении  достиг предельного уровня мощности, которое еще обеспечивает требуемое качество передачи данных. Также у АР1 есть данные об уровне мощности в зонах радиопокрытия соседних АР. Блоком управление АР1 дается команда о передачи обслуживания Т1 точке доступа с наибольшим уровнем мощности – АР2. Для этого по каналу FAACH АР1 передает сообщения АР2, оповещая ее о том, что она должна быть готова предоставить Терминалу канал связи.

            Далее вновь происходит процедура распределения канального ресурса между терминалами, только на этот раз Т1 уже находится в зоне радиопокрытия другой АР.

1.7.2. Проработка структуры радиоинтерфейса L1-уровня, обеспечивающего двусторонний обмен пакетами физического уровня. Обоснование и реализация вспомогательных каналов физического уровня. Проработка профилей физического уровня. Определение типов пакетов физического уровня, обоснование структуры полей пакетов каждого типа, оценка размеров полей.

            Недостатком всех физических каналов является то, что они симплексные. Для обеспечения двухстороннего обмена пакетами физического уровня необходимо разнести по времени каналы для направления «вверх» и направления «вниз». Рассмотрим структуру мультикадра TDMA для данной системы (рис. 21).


Рис. 21. Структура мультикадра

         Первый кадр начинается с канала BCCH, а каждый из 10 следующих кадров со слота, отведенного под канал доступа или канал управления. Всего в кадре 26 слотов, оставшиеся 25 слотов заняты каналами трафика. Поскольку скорость в направлении «вниз» по ТЗ выше, чем в направлении «вверх», то в каждом слоте число каналов для направления «вверх» должно быть больше, чем для направления «вниз», поэтому отведем 21 слот под восходящий канал, а 4 на обратный, что обеспечит нам соотношение 21/4=5,25 (512/96=5,3).  Структура трех последних кадров полностью совпадает с кадрами 7, 8, 9. Таким образом, слоты 2-22 будут выделены под направление «вниз», а 23, 24, 25, 26 – под направление «вверх». Также необходимо предусмотреть защитный интервал между слотами 22 и 23 для предотвращения ситуации, когда в пределах одного сеанса принимающая сторона не успела сформировать ответ на полученное сообщение.

            Как говорилось в п.1.5.3 в системе имеется возможность настройки физического уровня под конкретные условия канала связи с помощью смены профиля физического уровня, содержащего набор определенных параметров. В данном случае профили будут отличаться по виду модуляции, а следовательно и по скорости передачи данных. Скорость кодирования для обоих профилей установим одинаковой.

            Рассмотрим структуру пакетов физического уровня (рис.22).


Рис. 22. Структура пакета физического уровня

            Поскольку для передачи будет использована технология OFDM, все поля пакета можно представить в виде OFDM символов. 1 OFDM символ представляет собой набор из  64 поднесущих,  из которых 48 используются для передачи данных, 4 – для передачи пилот-сигналов.  1- центральная подавленная поднесущая, 11 – для защитных интервалов (рис. 23).


Рис. 23. Структура OFDM символа

Преамбула содержит в себе 12 символов OFDM и предназначена для частотной и временной синхронизации. Содержит в себе десять коротких и две длинные настроечные последовательности, разделенные двойным защитным интервалом.

            В поле Service содержится информация об используемом профиле физического уровня и передается одним OFDM символом.

            Поле данных содержит в себе закодированные данные, поступившие с канального уровня. Число OFDM символов зависит от вида модуляции.

            Как говорилось ранее, в разрабатываемой системе будет 2 профиля физического уровня:

1.       BPSK – наиболее помехоустойчивый вид модуляции, при котором 1 информационному биту ставится в соответствие 1 BPSK символ. При скорости кодирования ½ в одном OFDM символе может содержаться 48 бит. Длина пакета канального уровня 128 бит, то есть для его передачи необходимо 3 OFDM символа.

2.       QAM-16 – при хорошей помеховой обстановке в КС АР может скомандовать Т перейти на другой профиль физического уровня, позволяющий повысить скорость передачи данных, за счет того что на одну поднесущую будет приходится уже 4 бита, а не 1 как при BPSK. Таким образом, всего в одном символе содержится 192 бита, то есть необходимо всего 1 OFDM символ.

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

            Из-за того, что некоторые сетевые объекты системы могут быть подвижны, возникает проблема многолучевого распространения сигнала. Основной метод борьбы с ним определен в ТЗ – использование OFDM сигналов. Для этого в OFDM используется циклический префикс - циклическое повторение окончания символа, переставляемое в начало символа. Циклический префикс является избыточной информацией и снижает полезную скорость передачи, но именно он служит защитой от возникновения межсимвольной интерференции. Эта избыточная информация добавляется к передаваемому символу в передатчике и отбрасывается при приеме символа в приемнике. Наличие циклического префикса создает временные паузы между отдельными символами, и если длительность циклического префикса превышает максимальное время задержки сигнала в результате многолучевого распространения, то межсимвольной интерференции не возникает.

1.7.4. Оценка полной пропускной способности физического КС соединения «терминал БС» с учетом избыточности, вносимой на L1-уровне.

По условиям технического задания минимальная скорость передачи данных в направлении «вниз» - 512 кбит/с. Поскольку в разрабатываемой системе предполагается наличие 21 канала для передачи данных в направлении от АР к Т, то соответственно на 1 канал приходится 24,4 кбит/с. На канальном уровне из-за добавления CRC и адресной информации эта цифра увеличивается до 38 кбит/с. На физическом уровне сообщение подвергается помехоустойчивому кодированию со скоростью 0,614, а также к нему добавляется нулевой бит, поэтому пропускная способность одного канала трафика возрастает до 62 кбит/с. Поскольку всего таких каналов 21, то общая пропускная способность всех 21 каналов трафика DownLink составит 1,36 Мбит/с. Кроме того, необходимо учесть также каналы BCCH, AGCH, тогда эту цифру можно округлить до 1,4 Мбит/с.

Для передачи будет использоваться технология OFDM, поэтому итоговая пропускная способность должна учитывать и символы, приходящиеся на преамбулу. Отведем на нее 33% и получим итоговое значение – 1,8 Мбит/с.

Те же действия проделаем и для обратного канала, для минимальной скорости – 96 кбит/с. В направлении UpLink всего 4 канала трафика, значит на один приходится 24 кбит/с.  На выходе канального уровня – 37,5 кбит/с, на выходе физического – 60 кбит/с. На все 4 канала тогда приходится 240 кбит/с, а с учетом канала ACH – 300 кбит/с. Учитывая преамбулу, итоговая пропускная способность обратного канала составит 400 кбит/с.

Данный расчет является приблизительным и полученные значения будут уточнены в дальнейшем.

1.7.5. 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.

            В соответствии с приложением «Инструкции о порядке регистрации и эксплуатации любительских радиостанций»: полоса частот 1260-1300 МГц может использоваться любительской службой с мощностью передатчика до 5 Вт на вторичной основе. Мощность излучения подвижной станции по ТЗ – меньше 3 Вт. Ширина канала, используемого в OFDM - 20 МГц. В соответствии с «Приложением к решению ГКРЧ от 10 марта 2011 г. №11-11-03» уточним выбранный диапазон: 1270.000 – 1290.994 МГц, предназначенный для всех видов модуляции и использования с уровнем излучаемой мощности до 5 Вт.

            Принято решение выбрать диапазон УВЧ, потому что распространение волн данного типа возможно только в пределах прямой видимости, практически полностью отсутствуют явления интерференции волн, следовательно, искажения сообщений. Так же важным преимуществом для данного диапазона является использование антенн малых размеров.

            Проведем оценку уровня потерь при распространении радиоволн УКВ диапазона. Проведем расчет для потерь в свободном пространстве, используя условие LOS.

           

Для оценки потерь внутри помещения лучше подойдет модель ITU R-1238, которая учитывает потери при многократном прохождении сигнала через пол, что позволяет предусмотреть такие характеристики, как повторное использование частоты на различных этажах здания.

Ltotal  =  20 log10 f  +  N log10 d  +  Lf   (n)  –  28 дБ (1)

N=28 – Дистанционный коэффициент потерь мощности.

f  Частота (МГц).

d – Расстояние разнесения (м) между базовой станцией и переносным терминалом (где d > 1 м).

Lf – Коэффициент потерь за счет прохождения сигнала через пол (дБ).

n – Максимальное количество этажей между точкой доступа и терминалами (n >1)

Пусть n=4, тогда Lf =27.

Ltotal = 130,503 дБ

Виды модуляции уже были выбраны в предыдущих пунктах. С помощью приложения bertool пакета MATLAB проиллюстрируем выбор, а также найдем отношение сигнал-шум, при котором обеспечивается требуемая вероятность ошибки – 10-7.


Рис. 24. Зависимость вероятности битовой ошибки от ОСШ.

Как видно из графиков требуемое ОСШ для BPSK 11.27 дБ, а для QAM-16 15.18 дБ. Выигрыш при использовании BPSK составляет почти 4 дБ. Эти показатели можно уменьшить за счет использования помехоустойчивого кодирования.

1.7.6. Обоснованный выбор метода помехоустойчивого кодирования, перемежения, деперемежения, оценка эффективности кодирования. Коррекция данных расчета п.1.7.4 и проверка параметров физического уровня на соответствие исходным данным.

            Сущность метода помехоустойчивого кодирования заключается в ведении в передаваемое сообщение на передающей стороне избыточности по закону, известному на приемной стороне, для увеличения достоверности приема информации.

Такие коды называют избыточными или корректирующими. Корректирующие свойства избыточных кодов зависят от правил построения этих кодов и параметров кода (длительности символов, числа разрядов, избыточности и др.).

В настоящее время наибольшее внимание уделяется двоичным равномерным корректирующим кодам. Они обладают хорошими корректирующими свойствами и их реализация сравнительно проста. Наиболее часто применяются блоковые коды. При использовании блоковых кодов цифровая информация передается в виде отдельных кодовых комбинаций (блоков) равной длины. Кодирование и декодирование каждого блока осуществляется независимо друг от друга, то есть каждой букве сообщения соответствует блок из п символов.

Блоковый код называется равномерным, если п (значность) остается одинаковой для всех букв сообщения.

Одним из наиболее известных видов блочных кодов является BCH (код Боуза-Чоудхури-Хоквейгейма - БЧХ), позволяющий исправить множественные ошибки. Коды BCH обеспечивают достаточную свободу выбора длины блоков степени кодирования, размеров алфавита и возможности коррекции ошибок.

Так как длина сообщения канального уровня составляет 78 бит, используем код BCH (127, 78), который позволяет исправить 7 ошибок. Проанализируем полученный выигрыш в ОСШ с помощью приложения bertool (рис. 25).


 

Рис. 25. Зависимость вероятности ошибки от ОСШ при использовании кода BCH

            Для BPSK ОСШ не должно быть меньше 9 дБ, а для QAM-16 – 13 дБ. Выигрыш составил около 2 дБ.

            Поскольку исходя из выбранных видов модуляции, длина пакета физического уровня должна быть кратна 2 и 4, то к 127 битам с выхода кодера необходимо добавить 1 бит четности. Таким образом, длина пакета физического уровня равна 128 бит.

            Перемежение является эффективным методом борьбы с группирующимися ошибками в каналах, подверженных глубоким замираниям. Суть метода в том, что символы кодового слова должны быть переставлены так, чтобы поражение группы символов происходило каждый раз в разных кодовых словах, т. е. поражение необходимо "рассеять" по многим кодовым словам. В этом случае они становятся независимыми и их легче обнаруживать и исправлять. Известно несколько способов чередования: диагональное, сверточное, межблоковое и блоковое. Часто применяют комбинацию этих способов. 

            Чередование блоков производится с помощью записи данных в буфер в виде прямоугольной матрицы, имеющей N столбцов (где N равно сумме: данные + проверочные символы) и L строк, равных числу поднесущих. Запись производится по строкам, т.е. по мере поступления символов в блоках в порядке их очередности, а считывание в модулятор производится по столбцам. Тем самым в каждый считанный столбец будут поочередно поступать данные из строк. Запись и считывание ведутся по прямоугольной матрице слева направо и сверху вниз. 
        Все кодированные биты данных будут перемежаться в блоковом перемежителе с размером блока, соответствующим числу кодированных битов на выделенные подканалы на каждый OFDM-символ Ncbps. Перемежение происходит в две ступени. На первом перемежении считывание по столбцам гарантирует то, что соседние кодированные биты отображаются на несоседствующие поднесущие. На втором перемежении символы размещают так, чтобы гарантировать отображение соседствующих кодированных бит поочередно на более или менее значимые биты созвездия. В итоге удается избежать длинных участков битов, подверженных ошибкам. 

            Максимальное расстояние, на которое разносятся соседние символы, называется глубиной перемежения. Если время, в течение которого происходил сбой сигнала, меньше глубины перемежения, то любой пакет ошибок будет преобразован в группу из M одиночных ошибок, которые легко устраняются блоковым кодом. Определим длительность 1 бита: умножим размер слота (128) на количество слотов, содержащих данные от одного и того же терминала (1)  и разделим на пропускную способность одного физического канала на 62 кбит/с. В итоге получаем, что длительность 1 бита равна 2,065 мс. Для оценки глубины перемежения необходимо определить время когерентности канала связи

            

    Для нахождения глубины перемежения необходимо данное значение поделить на длительность бита: 0,246/0,002065 = 119.

            Деперемежитель в приемнике выполняет операцию, обратную перемежителю в передатчике, и также определяется двумя перемежениями.

1.7.7. Оценка уровня мощности излучения передающего устройства, сравнение с заданным Ризл; при необходимости повтор п.1.7.5, 1.7.6. Расчет чувствительности приемников АС (БС).




1.7.8. Разработка и пояснение функциональной схемы L1/L2-уровней сетевого узла.

Для построения функциональной схемы необходимо разделить сетевой узел на приемную (рис. 26) и передающую (рис.27) стороны.


Рис. 26. Функциональная схема передающего тракта


Рис. 27. Функциональная схема приемного тракта

Поступающие с канального уровня пакеты канального уровня подвергаются процедуре помехоустойчивого кодирования блочным кодом BCH (127, 78), затем к получившейся битовой последовательности добавляется бит четности, после чего происходит перемежение блоков. С перемежителя данные поступают на модулятор. Решение о выборе вида модуляции происходит на уровне L3, а непосредственно переход от одного профиля к другому – с помощью устройства выбора профиля физического уровня (таблица 2). Устройства синхронизации и подстройки частоты необходимы для формирования преамбулы. Данные с выхода OFDM модулятора представляют собой набор OFDM символов и передаются по радиоканалу. На приемной стороне происходят обратные действия.

Таблица 2. Профили физического уровня.


 

Номер профиля

Скорость передачи данных,  Мбит/с

Вид модуляции

Число информационных бит на OFDM символ

Общее число бит на OFDM символ

1

2.6

BPSK

24

48

2

10.4

QAM-16

96

192

 

Список использованной литературы:

1. Шахнович И. Современные технологии беспроводной связи. - М., Техносфера, 2006 г.

2. Саутина М. Радиосеть передачи данных. Часть 3. http://omoled.ru/publications/view/446

3. Алексей Баклагин "Радиосеть передачи данных. Часть 3" http://omoled.ru/publications/view/335

4. Весоловский К. – Системы подвижной радиосвязи, М.: Горячая линия – Телеком, 2006

5. http://adminbook.ru/index.php?men1=2/83

6. http://systemseti.com/wimax/fizicheskiy_uroven/3.4.html