1.1.5 Ofdm передатчик

Передатчик сигналов ортогональной многомерной модуляции OFDM может быть выполнен в соответствии с функциональной схемой (см. рис. 1.2) или с помощью значительно более эффективного алгоритма, основанного на преобразовании Фурье. Определим многомерный ортогональный модулированный сигнал в baseband-диапазоне на -м символьном интервале в дискретном количестве точек :

где , , - комплексная огибающая каждого частного -го канала, -временной дисркет, определяющий расстояние между соседними временными точками, в которых вычисляется комплексная огибающая и модулированный сигнал в baseband-диапазоне на -м символьном интервале .

Выражение (1.19) формально совпадает с выражением для обратного дискретного преобразования Фурье. Следовательно, вычисление многомерного ортогонального модулированного сигнала в baseband-диапазоне в дискретных временных точках на символьном интервале , сводится к вычислению обратного преобразования Фурье от комплексных огибающих всех частных каналов на этом временном интервале. Функциональная схема на рис 1.2 преобразуется к функциональной схеме передатчика OFDM, которая показана на рис. 1.4.

Рисунок 1.4 Функциональная схема передатчика OFDM

Вычисление преобразования Фурье в реальном масштабе времени эффективно выполняется с помощью DSP процессора. Сформированные квадратурные компоненты комплексного модулированного сигнала в baseband- диапазоне преобразуются в аналоговую форму и в высокочастотном квадратурном модуляторе переносятся на несущую частот согласно (1.15).

1.1.6 Приемник ofdm

Приемник сигналов многомерной ортогональной модуляции OFDM, функциональная схема которого показана на рисунке 1.5, имеет зеркальную функциональную схему по отношению к схеме передатчика (см. рис. 1.4). С помощью квадратурного смесителя высокочастотный входной сигнал переносится в baseband-диапазон и после преобразования в цифровую форму обрабатывается сигнальным процессором.

Рисунок 1.5. Функциональная схема приемника OFDM

Квадратурные компоненты baseband-сигнала используются для получения комплексных огибающих частных каналов в дискретных временных точках символьного интервала с помощью прямого преобразования Фурье. Полученные в результате преобразования значения комплексных огибающих каждого -го частного канала используются для восстановления цифрового символа частного канала на текущем символьном интервале в соответствии с принятым методом модуляции в частных каналах. Последующий преобразователь кодов по частным параллельным кодам восстанавливается исходное цифровое сообщение.

1.1.7 Функции физического уровня стандарта 802.11

В данной работе мы будем рассматривать физический уровень стандартов 802.11a и 802.11g. Стандарт 802.11a ориентирован на работу в диапазоне 5ГГц. и основан на технологии OFDM. Ширина канала составляет 20 МГц. 802.11g по сути представляет собой перенесение схемы модуляции OFDM прекрасно зарекомендовавшей себя в 802.11a, из диапазона 5ГГц в область 2,4ГГц. Поскольку в стандартах 802.11 ширина одного канала в диапазоне 2,4 ГГц и 5 ГГц схожа- 22 МГц по уровню -30 и -20 дБ соответственно, то такой перенос возможен[ CITATION Шах06 \l 1049 ]. Главное отличие 802.11g от 802.11a заключается в том, что 802.11g обратно совместима с устройствами 802.11b. Следствием совместимости является возможность 802.11g работать в смешанных режимах модуляции. При работе 802.11g в режиме чистого OFDM структура пакетов физического уровня, а также длительности всех элементов пакета идентичны стандарту 802.11a[ CITATION Шах06 \l 1033 ]. В данной работе 802.11g будет рассматриваться только в режиме чистого OFDM

Основное назначение физического уровня стандартов 802.11-обеспечение механизмов беспроводной передачи для подуровня МАС, а также поддержание выполнения вторичных функций, таких как оценка состояния беспроводной среды, сообщение о ней подуровню МАС[ CITATION Пед06 \l 1049 ]. Подготавливая эти механизмы передачи независимо от подуровня МАС, стандарт 802.11 усовершенствовал как подуровень МАС, так и подуровень РНY, а также поддерживаемый последним интерфейс. Именно независимость между МАС и подуровнем РНY и позволила использовать дополнительные высокоскоростные физические уровни, описанные в 802.11а и 802.11g. Каждый из физических уровней стандартов 802.11а и 802.11g имеет два подуровня.

• Physical Layer Convergence Procedure (PLCP). Процедура определения состояния физического уровня

• Phisical Medium Dependet (PMD). Подуровень физического уровня, зависящий от среды передачи.

На рисунке 1.6 показано, как эти подуровни соотносятся между собой и с вышестоящими уровнями.

Рисунок 1.6. Подуровни уровня РНY модели взаимодействия открытых систем (OSI)

Подуровень PLCP по существу является уровнем обеспечения взаимодействия (handshaking layer), на котором осуществляется перемещение элементов данных протокола МАС (МАС protocol data units, MPDU) между МАС-станциями с использованием подуровня PMD, на котором реализуется тот или иной метод передачи и приема данных через беспроводную среду. До известной степени можно считать, что РМD выполняет функцию службы беспроводной передачи; взаимодействие этих служб осуществляется посредством PLCP. Подуровни PLCP и PMD зависимости от стандарта 802.11отличаются.

Все подуровни PLCP, независимо от типа уровня РНY стандартов 802.11, используют базисные элементы данных, или примитивы данных (datа primitives), обеспечивающие интерфейс для передачи октетов данных между уровнями МАС и PMD. Кроме того, они предоставляют примитивы, которые позволяют подуровню МАС сообщить уровню РНY, когда начинается передача, а уровнь РНY информировать подуровень МАС об окончании передачи. На приемной стороне примитивы РLСР, передаваемые уровнем РНY на подуровень МАС, указывают, когда он начинает прием информации от другой станции и когда эта передача завершается. При обеспечении функции оценки незанятости канала (сlеаr channе1 assessment (ССА) function) PLCP подуровень обеспечивает для подуровня МАС механизм, посредством которого он может возвратить в исходное состояние ССА-машину (ССА engine), а для уровня РНY- возможность сообщать о текущем состоянии беспроводной среды.

Подуровни PLCP работают в соответствии с диаграммой состояний, показанной на рисунке 1.7. Их основное рабочее состояние связано с выполнением процедуры обнаружения несущей/оценки незанятости какала (carrier sence/clеаr channel assessment, С5/ССА). Эта процедура обнаруживает начало передачи сигнала от другой станции и выясняет, свободен ли канал для передачи. Получая запрос на начало передачи (Тх Start), она переходит в состояние "передача" (transmit) путем переключения PMD из режима "прием" в режим "передача" и посылает элемент данных протокола PLCP (PLCP data unit, РРDU). Потом генерируется сигнал "конец передачи" (Тх Еnd) и процедура возвращается в состояние СS/ССА. Подуровень РLСР активизирует состояние "прием" (receive), когда процедура СS/ССА обнаруживает начальную часть РLСР и убеждается в правильности заголовка PLCP. Если подуровень РLСР обнаруживает ошибку, он сообщает об этом подуровню МАС и выполняет процедуру СS/ССА.

Рисунок. 1.7 Диаграмма состояний PLСР