«Радиосеть управления освещением (ч.2)»

Выполнили ст.гр 218

Курмаев Р.А.

Сурков С.И.

Канальный уровень.

        На канальном уровне решаются задачи, необходимые для организации логического канала связи между пультом управления (ПУ) и терминалом управления (ТУ):

       ПУ может находиться в 3 состояниях:

       После получения команды  с ПУ, ТУ отвечает на запрос.

Таблица 1.  Возможные типы команд и ответы на них.

        Так как  в системе не предусмотрено разделение каналов, то ответ от ТУ  возможен только при успешном приеме команды.  По той же причине в системе не предусмотрен ответ на широковещательные команды и команды группам.

Таблица 2. Действия ПУ в случае возникновения ошибок.

          Исходя из того что в сети одновременно могут работать до 50 терминалов. А же необходимо реализовать разделение терминалов на группы.

         Количество адресов в сети: Адрес пульта управления+ Адреса терминалов управления + Адреса групп терминалов + Широковещательный адрес = 1+50+25+1= 77 возможных адресов.

         Исходя их вышеизложенного необходимый размер необходимый для передачи адреса в пакете L2  - 7 бит.

 Таблица 3. Адресация в сети.

        Описания типов пакетов:

         В сети предусмотрено 2 типа пакетов (Ptype):

• 1 – Установка уровня освещения , выбор программы, запрос телеметрии;
• 0 – Установка адреса группы.

        Поскольку адрес группы = 7 бит до Data часть пакета L2 при Ptype = 0  необходимо дополнить 4 нулям. 

        В системе будет использоваться ШИМ  с 512 различными значениями скважности, т.е. для установки уровня освещения необходимо 9 бит. Так же предусмотрено 3  различных запроса телеметрии. Т.к. нет смысла изменять размер пакета L2 в зависимости от типа пакета, что позволяет использовать свободные биты для передачи номера программы управления освещением, которые будут "зашиты" в память микропроцессора.

Таблица 4. Коды команд по их типу.

         Немного иначе выглядит пакет L2 уровня передаваемый от ТУ на ПУ:

         Размер пакета L2= 11+1+7+8=27 бит.

         От ПУ на ТУ передаются данные телеметрии. Значения передаваемых данных зависят от передаваемых данных на ПУ.

• при  Ptype=0 передается пакет подтверждения выполнения команды
• при Ptype =1  передаются данные телеметрии

         Исходя из размера Data части L2 возможно 2048 уровней квантования значений телеметрии. 

Рис. 1. Структурная схема пакета канального уровня L2.

Физический уровень системы:

         На физическом уровне должна быть обеспечена задача надежной передачи от ПУ к ТУ и обратно потока битов, поступающего с канального уровня. Любые технические решения, направленные на повышение достоверности приема битов, могут быть реализованы на физическом уровне. Выполняются следующие функции:

1. Обеспечение синхронизации. В разрабатываемой радиосети необходимо использовать битовую синхронизацию;
2. Модуляция. Выполняется на физическом уровне при передаче всего сообщения в канал. В наших условиях будем склоняться к двухпозиционным видам модуляции – высокая помехоустойчивость , низкая скорость;
3. Помехоустойчивое кодирование (Forward Error Correction - FEC).

        Для обеспечения заданной в ТЗ вероятности ошибки Pb = 10-4, необходимо использовать помехоустойчивое кодирование. В качестве помехоустойчивого кодирования в системе используется код Хэмминга.

        Размер кодируемого блока = 27 бит.

        В этом случае m=5 , n=31.

       Поскольку скорость передачи данных в системе не имеет существенного значения, то в качестве модуляции будем использовать BPSK. Это позволит уменьшить занимаемую полосу частот.

Рис. 2. График вероятности ошибки для системы без кодирования и с кодированием.

      Из графика рис.2 мы можем видеть, что для заданной вероятности ошибки  Рош = 10^-4  без использования помехоустойчивого кодирования необходимо ОСШ= 8.35дБ. При использовании FEC необходимо ОСШ = 7.75 дБ  Что дает выигрыш по ОСШ 0.6 дБ.

      В качестве синхроимпульса в системе используются 2 идентичные CAZAC- последовательности.

     Энергетический расчет системы:

     По решению ГКРЧ от 26 сентября 2005 г. N 05-08-04-001 мы можем использовать полосу частот в диапазоне 438-440 МГц с мощностью до 100 мВт. Это внутриофисные локальные радиосети. Разрешается использование только в пределах зданий, сооружений, закрытых промышленных и складских площадках. 

     Далее используется модель предсказания потерь  ITU – R  P.1238-7

     N=22 дистанционный коэффициент потерь мощности;

      f = 439 - несущая частота (МГц);

     d= 70 м  - расстояние разнесения (м) между базовой станцией и переносным терминалом (где d > 1 м);

     L_{total = 20*log(439)+20*log(70)-28 = 61.571 дБ}

    Минимальная полоса пропускания:

    Δf = R / log₂2 = 24915 / 1 = 24915 Гц

    Шумовая полоса приемника:

    П_{ш =}  Δf * 1,1 = 24,915 * 1,1 = 27406,5 Гц

    Мощность шума:

    Р_ш  = kT₀П_{ш ,}

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

   Значение мощности теплового шума:

   Р_ш = 1,38 * 10^-23 * 290 * 27406,5 = 10,97 * 10^-17 = -159,5 дБ

Рис. 3. Функциональная схема физического уровня.