Системы радиосвязи и сети телерадиовещания

Рис. 8.11. Обработка OFDM-символа при многолучевом распространении

Канальное кодирование данных

Многолучевое распространение радиосигнала может приводить к ослаблению и даже полному подавлению некоторых поднесущих вследствие интерференции прямого и задержанного сигналов. Для решения этой проблемы используется помехоустойчивое кодирование. В стандарте IEEE 802.16-2004 предусмотрены как традиционные технологии помехоустойчивого кодирования, так и относительно новые методы. К традиционным относится сверточное кодирование с декодированием по алгоритму Витерби и коды Рида-

Соломона. К относительно новым — блочные и сверточные турбокоды. Для увеличения эффективности кодирования без снижения скорости кода применяется перемежение данных.

Перемежение увеличивает эффективность кодирования, поскольку пакеты ошибок дробятся на мелкие фрагменты, с которыми справляется система кодирования.

Уровень доступа к среде сетей WiMAX

Подуровни стандарта IEEE 802.16

Физический уровень стандарта IEEE802.16 организует непосредственную доставку потоков данных между БС и АС. Все задачи, относящиеся к формированию структур этих данных, а также контроль передачи потоков производятся на MAC-уровне (Medium Access Control). Оборудование стандарта IEEE 802.16 создаёт транспортную среду для трансляции потоков различных услуг (сервисов). Поток услуги (service flow) – центральная концепция МАС-протокола.

Обобщенная задача уровня МАС – это поддержка механизма различных услуг верхнего уровня. Разработчики стандарта стремились реализовать единый для всех приложений протокол MAC-уровня, независимо от особенностей физического канала, что позволяет сопрягать терминалы конечных пользователей с кабельными сетями передачи.

Физически среды передачи в разных соединениях сети могут быть различны, но структура данных одинакова. В одном канале могут работать (не одновременно) десятки различных абонентских терминалов. Абоненты являются потребителями самых разных

201

сервисов (приложений) в виде соединений по протоколу IP. Качество услуг (QoS) каждого отдельного соединения не должно изменяться при передаче информации через сети IEEE 802.16е. Алгоритмы и механизмы доступа МАС-уровня должны решать эти задачи.

МАС-уровень IEEE 802.16 включает три подуровня:

подуровень преобразования потоков услуг (CS - Convergence Sublayer);

основной подуровень (CPS - Common Part Sublayer);

подуровень безопасности (PS - Privacy Sublayer).

Втаблице 8.3 приведены операции, реализуемые на отдельных подуровнях уровня

МАС.

Таблица 8.3. Основные операции на уровне MAC

На подуровне преобразования потоков услуг осуществляется преобразование потоков данных протоколов верхних уровней для передачи по сети WiMAX. Стандарт предусматривает свой механизм трансформации для каждого типа приложений верхних уровней. При этом можно реализовать различные протоколы пакетной передачи данных:

АТМ, РРР, IEEE 802.3 (Ethernet).

202

Общий подуровень доступа к среде

В общей части подуровня МАС реализованы методы множественного доступа, управления ресурсами, установки соединений и функции поддержки работоспособности системы. В ядре МАС - подуровня также обеспечивается работа системы безопасности WiMAX и

предоставляется точка входа на физический уровень сети для передачи данных по радиоинтерфейсу.

Подуровень безопасности Подуровень безопасности осуществляет криптозащиту данных и

механизмы аутентификации/предотвращения несанкционированного доступа. С этой целью реализованы наборы алгоритмов криптозащиты и протокол управления ключами шифрования.

Практическая часть. Описание экспериментальной установки и методики

измерений

Работа выполняется с использованием симулятора физического уровня стандарта

IEEE 802.16-2004 в программной среде Simulink. Для запуска программы, в командную строку MATLAB необходимо ввести "commwman80216dstbc" и нажать Enter.

Схема исследуемой системы приведена на рисунке.

203

Модель IEEE 802.16-2004 OFDM в MATLAB 2015b

Параметры источника случайной последовательности Bernulli Binary

Параметры блока Bernulli Binary

При проведении симуляции существует возможность изменения ряда параметров системы в следующих блоках:

Общие параметры модели (блок «Model Parameters»).

Параметры системы, изменяемые в блоке «Model Parameters»

Блок помехоустойчивого кодирования и модуляции («FEC & Modulator Bank»,

рисунок 3.5) производит формирование сигнально-кодовой конструкции (СКК)

определенного вида в зависимости от условий передачи.

204

Состав блока «FEC & Modulator Bank»

Рассмотрим состав каждого входящего блока:

Состав блока модулятора BPSK 1/2:

Состав блока модулятора «BPSK 1/2»

Состав блока модулятора QPSK 1/2:

Состав блока модулятора «QPSK 1/2»

Состав блока модулятора QPSK 3/4:

Состав блока модулятора «QPSK 3/4»

Состав блока модулятора 16QAM 1/2:

205

Состав блока модулятора «16QAM 1/2»

Состав блока модулятора 16QAM 3/4:

Состав блока модулятора «16QAM 3/4»

Состав блока модулятора 64QAM 2/3:

Состав блока модулятора «64QAM 2/3»

Состав блока модулятора 64QAM 3/4:

Состав блока модулятора «64QAM 3/4»

Формирование сигнально-кодовых конструкций в каждом блоке происходит следующим образом: к поступающим информационным битам добавляется определяется

«хвост» из нулевых бит, полученная последовательность кодируется блочным циклическим кодом Рида-Соломона. Следующий этап кодирования – сверточный код с использованием Треллис-структуры, затем, после перемежения, последовательность бит модулируется определенным образом для передачи по каналу.

Вкаждом из блоков используется одинаковая последовательность блоков,

отличающихся своими параметрами. Например для блока «16QAM 1/2» блоки имеют

параметры.

206

Состав блока «Zero pad tail byte 16QAM 1/2»

Состав блока кодера Рида-Соломона «Puncured Reed-Solomon Encoder 16QAM 1/2»

Состав блока сверточного кодера«Convolutinal Encoder 16QAM 1/2»

207

Состав блока перемежителя «Interleaver 16QAM 1/2»

Состав блока модулятора «16-QAM Modulator 16QAM 1/2»

Таблица– Параметры кода Рида-Соломона для различных сигнально-кодовых конструкций

Состав блока помехоустойчивого декодирования и демодуляции («Demodulator & FEC

Bank»)

Состав блока декодирования и демодуляции («Demodulator & FEC Bank»)

Состав блока BPSK 1/2 демодулятора

209

Состав блока демодулятора «BPSK»

Состав блока QPSK 1/2 демодулятора

Состав блока демодулятора «QPSK 1/2»

Состав блока QPSK 3/4 демодулятора

Состав блока демодулятора «QPSK 3/4»

Состав блока 16QAM 1/2 демодулятора

Состав блока демодулятора «16QAM 1/2»

210