1.3.2 Элементы

Данные получаемые на выходе блока называется элементом (Item) На рисунке 1.23 элемент, получаемый на выходе блока audio source и являющийся отсчетами аудио сигнала имел вещественный тип данных. Однако такой элемент может иметь и другие типы данных. Наиболее распространенный тип данных это вещественные отсчеты — real samples, комплексные отсчеты — complex samples (наиболее распространенные в software defined radio), целые — integer types, и векторы этих скалярных типов— vectors.

На рисунке 1.24 показан пример БПФ, в котором используются различные типы данных.

Рисунок 1.24 БПФ с помощью GNU Radio companion

Данные в виде комплексных отсчетов (complex samples) поступают в блок Stream to vector. Его особенность в том, что выводимый им тип данных отличатся от того, что поступает на вход. Этот блок берет 1024 комплексных отсчета (т.е. 1024 элемента блока signal source) и посылает их на вывод в виде одного вектора из 1024 комплексных отсчетов (это элемент получаемый на его выходе). Элементы на выходе блока БПФ в виде комплексных чисел затем преобразуется в блоке Complex to Mag^2 в значения модулей этих комплексных чисел как реальный тип данных. Различные цвета портов используются для указания различных типов данных.

Таким образом элемент полученный на выходе блока может быть любым: отсчет, набор битов, заданный коэффициент для фильтра или любой другой тип данных.

1.3.3 Метаданные

К потоку данных можно присоединять интерпретируемые метаданные, такие как время приема, центральная частота, частота дискретизации, или что-нибудь специфичное для протокола передачи данных. Добавление метаданных к потоку осуществляется через механизм, называемый метками потока - stream tags. Метка (tag) это специфический объект, который соединен с определенным элементом (т.е. отсчетом). Это может быть скаляр любого типа, вектор, список, словарь.

1.3.4 Передача pdUs

При обработке пакетных данных или PDU (Protocol Data Unit-протокольная единица обмена данными) необходим способ идентифицировать начало и конец сообщения PDU, т.е. сказать, какой байт первый из этого пакета и какой длины это пакетное сообщение.

GNU Radio поддерживает два способа позволяющие сделать это: передача сообщений и теговые потоковые блоки.

Первый является асинхронным методом, позволяющим непосредственно передавать PDUs от одного блока до другого. На уровне MAC это - вероятно, предпочтительный метод. Блок мог получить PDU, добавить заголовок пакета и передать весь пакет (включая новый заголовок) как новое PDU к другому блоку

Теговые потоковые блоки - блоки потоковой передачи, которые используют потоковые теги, чтобы идентифицировать границы PDU. Потоковые теги позволяют использовать блоки, которые обладают информацией о границах PDUs и блоки, которые такую информацию получать не могут.

1.4 Постановка задачи реализации системы частотной синхронизации.

Задачей реализации системы частотной синхронизации является построение модели приемника стандарта 802.11g, включающего подсистему частотной синхронизации. Реализация модели приемника будет осуществляться методами программно- конфигурируемого радио.

В первой главе работы был подробно анализирован физический уровень. Это необходимо для понимания и дальнейшей реализации процессов частотной синхронизации в приемнике, которая основана на использовании преамбулы фрейма физического уровня. Помимо этого, были изложены основные принципы и архитектура программно-конфигурируемого радио.

Программная часть приемника будет реализована в среде разработки GNU Radio, которая описана в первой главе.

В качестве аппаратной платформы приемника будет использован подключаемый модуль Ettus B210. Описание и характеристики Ettus B210 приведены в первой главе.

Для реализации модели, в последующих главах необходимо изложить основные алгоритмы частотной синхронизации и провести апробацию реализованных моделей.

Глава 2. Реализация частотной синхронизации в

стандарте 802.11а

2.1 Алгоритм частотной синхронизации в стандартах 802.11

2.1.1 Реализация алгоритмов частотной синхронизации с использованием настроечных последовательностей

Стандарт IEEE 802.11 основан на OFDM модуляции, очень чувствительной к смещению частоты из-за неточности гетеродина (LO). Неточность настройки гетеродина вызывает смещение несущей частоты и смещение частоты дискретизации[ CITATION Sou \l 1049 ]. Эти два явления порождают нежелательный поворот фазы поднесущих OFDM сигнала и создают между ними интерференцию (ICI- Inter-Carrier Interference). Большинство методов оценки смещения частоты основаны на передаче известной настроечной последовательности в начале кадра. Грубая и точная оценка смещения частоты осуществляется соответственно с помощью коротких и длинных настроечных последовательностей. Процесс коррекции смещения частоты выполняется (методами ЦОС, то есть частота гетеродина (LO) при смещении частоты не корректируется). Как показано на рисунке 2.1, преамбула стандартов 802.11а и 802.11g состоит из короткой настроечной последовательности (ST) и длинной настроечной последовательности (LT), каждая из которых имеет длину 8 мкс. ST состоит из 10 одинаковых частей, обозначенных, как t0-t9 на рисунке 2.1. Каждая часть состоит из 16 комплексных отсчетов. ST в основном используется для синхронизации кадров, автоматической регулировки усиления, и грубой оценки смещения частоты. В дальнейшем мы будем предполагать, что синхронизация кадров была достигнута, и оценка смещения частоты выполняется с использованием только последних 5 частей t5-t9.

Рисунок 2.1 Структура передаваемого пакета

LT состоит из 2 идентичных частей, обозначаемых как T0 и T1 на рисунке 2.1, и защитного интервала Gi2. Каждый из T0 и T1 состоит из 64 комплексных отсчетов. Защитный интервал GI2 состоит из последних 32 образцов части T1 (циклический префикс). Следует отметить, что, если кадр подвергается замиранию из-за многолучевого распространения с разбросом задержек меньше, чем продолжительность GI2, GI2 защищает LT от межсимвольной интерференции (ISI) и полученные части T0 и T1 являются идентичными. LT, в основном, используется для оценки канала и точной оценки смещения частоты. В реальном приемнике, принимаемый сигнал преобразуется понижением частоты спектра, фильтруется и дискретизируется. Комплексные выборки основной полосы (baseband) обрабатываются для извлечения информационных битов. Понижающее преобразование и дискретизация выполняются с помощью одного и того же опорного генератора. Таким образом, частотный сдвиг является одинаковым для несущей частоты принимаемого сигнала и для частоты дискретизации приемника.