Системы радиосвязи и сети телерадиовещания.-5
.pdf
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
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
Подуровень |
Общая часть МАС |
Подуровень |
|
|||
преобразования |
безопасности |
|
||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Упаковка PDU для |
|
Ввод |
и |
подавление |
Поддержка |
режима |
нижестоящего уровня |
заголовков |
|
|
шифрации |
|
|
Распаковка PDU для |
|
Режим запроса повторной |
Обмен данными при |
|||
вышестоящего уровня |
передачи |
|
|
переходе к шифрации |
||
|
|
Фрагментация |
|
Обмен |
ключом |
|
|
|
Установление |
|
авторизации |
|
|
|
соединения/разъединения |
Взаимная |
|
|||
|
|
Управление |
качеством |
аутентификация |
|
|
|
(QoS) |
|
|
|
|
|
|
|
Многопользовательские |
|
|
||
|
услуги |
|
|
|
|
|
|
|
Соединение/разъединение |
|
|
||
|
с сетью |
|
|
|
|
|
|
|
Управление |
|
|
|
|
|
предоставляемой полосой частот |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
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).
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.
Описание экспериментальной установки и методики измерений
В ходе данной работы были изучены существующие программа для симуляции физического уровня системы связи на основе технологии WiMAX. Для запуска в командную строку MATLAB надо ввести "commwman80216dstbc" и нажать Enter. Произойдет симуляция физического уровня системы связи на основе технологии WiMAX (см. рис.
Построенная схема исследуемой системы приведена на рисунке 8.12.
Рис. 8.12. Модель IEEE 802.16-2004 OFDM в MATLAB 2015b
При проведении симуляции существует возможность изменения ряда параметров системы в следующих блоках:
Общие параметры модели (блок «Model Parameters», рисунок 5.81).
Рис. 8.13. Параметры системы, изменяемые в блоке «Model Parameters»
Параметры OFDM-модулятора (блок «OFDM Modulator», рисунок 5.82).
Рис. 8.14. Параметры системы, изменяемые в блоке «OFDM Modulator»
Параметры OFDM-демодулятора (блок «OFDM Demodulator», рисунок 8.15).
Рис. 8.15. Параметры системы, изменяемые в блоке «OFDM Demodulator»
Параметры канала MIMO (блок «MIMO Channel», рисунок 8.16.
Рис. 8.16. Параметры системы, изменяемые в блоке «MIMO Channel»
Параметры канала AWGN (блок «AWGN Channel», рисунок 8.17).
Рис. 8.18. Параметры системы, изменяемые в блоке «AWGN Channel»
Результаты работы и их анализ
Рис. 8.19. Спектр передаваемого сигнала
Рис. 8.20. Спектр принимаемого сигнала
Рис. 8.21. Созвездие принимаемого сигнала
5. По данным блока «Bit Error Rate Display» построить график зависимости BER = f (SNR).
Рис. 8.22. График зависимости BER = f (SNR)
График зависимости количества ошибок от отношения сигнал/шум приведён на рисунке 5.90.
Рис. 8.23. График зависимости ERRORS = f (SNR)
6. Как было выяснено ранее, система адаптируется к каналу связи, изменяя вид модуляции сигнала. Необходимо посмотреть при каком уровне SNR, какой вид модуляции.
Записать значения в виде таблицы и представить на графиках.
В результате симуляции были получены следующие данные:
Созвездие принимаемого сигнала (BPSK):
Рис. 8.24. Созвездие принимаемого сигнала (SNR = 6)
Созвездие принимаемого сигнала (QAM-4):
Рис. 8.25. Созвездие принимаемого сигнала (SNR = 15)
Созвездие принимаемого сигнала (QAM-16):
Рис. 8.26. Созвездие принимаемого сигнала (SNR = 20)
Созвездие принимаемого сигнала (QAM-64):
Рис. 8.27. Созвездие принимаемого сигнала (SNR = 30)
В результате работы была изучена программа для моделирования системы связи в соответствии со стандартом WiMAX (802.16).
1.Можно сделать вывод, что система адаптируется к каналу связи, изменяя вид модуляции сигнала: при SNR = 5 дБ – BPSK, SNR = 14 дБ – QAM-4, SNR = 25 дБ – QAM16, SNR = 40 дБ – QAM-64.
2.Принимаемый сигнал является суммой передаваемых сигналов (подвергнутых зашумлению).
3.При увеличении SNR значение BER уменьшается. Выбросы при SNR = 5 дБ и 14
дБ обусловлены переходами системы на другой вид модуляции при низком SNR, при
SNR = 4. производится модуляция BPSK, при SNR = 8 – QAM-4, при SNR = 14 – QAM-
16. Смена вида модуляции осуществляется путём оценки SNR в канале связи (блоки
«SNR Estimation» и «Adaptive Rate Control»).
5. График зависимости оценки SNR от реального SNR, можно сделать вывод, что система работает наиболее стабильно (зависимость линейна) на участке 6…24 дБ. При
SNR > 24 дБ более точная оценка канала не требуется (выбирается наименее помехоустойчивый метод модуляции – QAM-64 (в рамках стандарта)). При SNR < 6 дБ выбирается наиболее помехоустойчивый метод модуляции – BPSK.