Факультет _______________РТС________________

Кафедра ______________ РПдУ и СПС ____________

Допустить к защите

Заведующий кафедрой

________ _______________________

(подпись) (Ф.И.О.)

“____”___________ _______ г.

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

«Реализация подсистемы частотной синхронизации стандарта IEEE 802.11 в GNU Radio»

_________________________________________________________________

(тема ВРК)

Вид выпускной квалификационной работы

______________________дипломная работа___________________________

(бакалаврская работа, дипломная работа, дипломный проект)

Направление/специальность подготовки

__________210402 «Средства связи с подвижными объектами»._________

(код и наименование направления/специальности)

__________________________________________________________________________________________

Профиль подготовки

____________________________________________________________________

(наименование)

Квалификация _______________________________________________________

(наименование квалификации в соответствии с ФГОС / ГОС ВПО)

Студент:

_Иванов_Матвей Николаевич_ _Р-08____

(Ф.И.О., № группы) (подпись)

Научный руководитель:

к.т.н.,___Фокин Григорий Алексеевич _______

(ученая степень, ученое звание, Ф.И.О.) (подпись)

Работа написана мною самостоятельно и не содержит неправомерных заимствований

__________________ ______________________

(дата) (подпись)

Текст ВКР размещен в электронно-библиотечной системе университета

Руководитель отдела комплектования библиотеки ____________________________

(Ф.И.О.)

__________________ ___________________________

(дата) (подпись)

Реферат

Дипломная работа посвящена реализации подсистемы частотной синхронизации IEEE802.11 в среде GNU Radio. В первой главе дипломной работы проведен анализ технологии OFDM и особенностей функционирования физического уровня стандарта, Изложены основные принципы и архитектура программно-конфигурируемого радио. Показаны средства реализации программно- конфигурируемого приемника.

Во второй главе приведен алгоритм частотной синхронизации на основе настроечных последовательностей. Показана реализация программно-конфигурируемой модели приемника и передатчика в программной среде GNU Radio. Третья глава посвящена апробации реализованных приемника и передатчика на аппаратной платформе «Ettus» B210 в программной среде GNU Radio; представлены описание и результаты экспериментов проводимых с реализованными приемником и передатчиком.

Работа содержит 89 страниц, 47 формул, 41 рисунок, 10 таблиц. Ключевые слова: SDR, GNU Radio, IEEE802.11, приемник, USRP B210, преамбула, короткая настроечная последовательность, длинная настроечная последовательность.

Целью данной работы является реализация программно-конфигурируемого передатчика и приемника с подсистемой частотной синхронизации на SDR-оборудовании с использованием программы GNU Radio.

Оглавление

Реферат 3

Введение 7

Глава 1. Постановка задачи исследования. 9

1.1 Физический уровень стандарта 802.11 9

1.1.1 Общие характеристики многомерных сигналов 9

1.1.2 Формирование многомерного сигнала общего вида 14

1.1.3 Формирование OFDM сигнала 18

1.1.4 Защитный интервал (циклический префикс). 19

1.1.5 OFDM передатчик 21

1.1.6 Приемник OFDM 22

1.1.7 Функции физического уровня стандарта 802.11 23

1.2.3 Функции уровня РМD 27

1.1.8 Математическое описание OFDM сигнала 32

1.1.9 Структура пакетов физического уровня 35

1.1.10 Модуляция поднесущих 40

1.1.11 Пилот сигналы 43

1.2 Программно- конфигурируемое радио. 46

1.2.1 Описание технологии программно- конфигурируемого радио 46

1.2.2 Принцип работы 49

1.2.3 Аппаратная часть 52

1.2.5 USRP B210 Ettus Research 54

1.3 Программная среда GNU Radio 57

1.3.1 Среда разработки GNU Radio. Основные понятия. 57

1.3.2 Элементы 59

1.3.3 Метаданные 60

1.3.4 Передача PDUs 60

1.4 Постановка задачи реализации системы частотной синхронизации. 61

Глава 2. Реализация частотной синхронизации в 62

стандарте 802.11а 62

2.1 Алгоритм частотной синхронизации в стандартах 802.11 62

2.1.1 Реализация алгоритмов частотной синхронизации с использованием настроечных последовательностей 62

2.1.2 Смещение несущей частоты принимаемого сигнала 63

2.1.3 Смещение частоты дискретизации. 64

2.1.4 Оценка смещения частоты и ее коррекция 65

2.1.5 Оценка с использованием короткой настроечной последовательности: 65

2.1.6 Оценка и коррекция с использованием длинной настроечной последовательности 66

2.2 Модель приемника 67

2.2.1 Временная синхронизация фрейма 67

2.2.2 Частотная синхронизация. 71

2.2.3 Удаление циклического префикса 72

2.2.4 Коррекция смещения фазы 74

2.2.5 Декодирование поля Signal 74

2.2.6 Декодирование фрейма 74

2.3 Модель передатчика 75

Глава 3 Апробация реализованной подсистемы 79

3.1 Постановка задачи апробации 79

3.1.1 Задачи эксперимента 1 79

3.1.2 Задачи эксперимента 2 79

3.2 Эксперимент 1. Прием и передача данных с помощью программных моделей приемника и передатчика реализованных в GNU Radio 80

3.3 Эксперимент 2. Запись данных передаваемых между двумя роутерами 86

Заключение 91

Список литературы 92

Введение

На сегодняшний день существует большое количество различных систем радиосвязи. Взаимодействие радиостанций различных стандартов является редким явлением. Задача программно-конфигурируемого радио как раз заключается в обеспечении гибкости изменения параметров. оборудования с целью обеспечить максимальную совместимость радиостанций различных стандартов вне зависимости от метода модуляции, рабочего диапазона частот, метода доступа к каналам и т.п. при сохранении всех функциональных возможностей сети связи.

К основным функциям физического уровня, которые обычно реализуются в аппаратном виде, относятся: кодирование модуляция, демодуляция, преобразование частоты, декодирование. В программно-конфигурируемом радио эти функции, которые сегодня выполняются в аппаратном виде смесителями, фильтрами, усилителями, модуляторами, демодуляторами, детекторами частично реализуются программно, а частично программно-управляемыми аппаратными средствами в соответствии с параметрами модулированных сигналов и методом разделения каналов в различных стандартах связи. В результате программное радио является экономически более выгодным продуктом по сравнению со специализированными устройствами, так как производятся для более широкого круга пользователей, а модернизация радиооборудования заключается только в изменении программного обеспечения. Ярким примером экономической выгоды от применения программно- конфигурируемого радио является модернизация оборудования и переход к новым стандартам операторов мобильных систем связи..

Целью данной работы является реализация подсистемы частотной синхронизации приемника стандарта IEEE802.11, выполненного методом программно-конфигурируемого радио. В качестве аппаратной части использован подключаемый модуль USRP B210 Ettus Research. Программная часть приемника реализована в среде GNU Radio.

Как известно в стандартах 802.11, начиная с 802.11a и 802.11g используется технология OFDM. Данная технология нашла свое применение в системах четвертого поколения, таких как LTE и Wi-Max. Одним из недостатков OFDM является высокая чувствительность к смещению частоты принимаемого сигнала. Частотный сдвиг приводит к потере ортогональности между поднесущими OFDM символов, что приводит к снижению качества демодуляции принятого сигнала. Под задачей частотной синхронизацией будет пониматься оценка и коррекция частотного сдвига.