Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Основы передачи дискретных сообщений. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 81 2 3 4 5 6 7 8 > Следующая >>>

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

В. Г. БЕЛЕНЬКИЙ, А. А. БИЗЯЕВ, К. А. КУРАТОВ

ОСНОВЫ ПЕРЕДАЧИ

ДИСКРЕТНЫХ

СООБЩЕНИЙ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

НОВОСИБИРСК

2023

УДК 621.396:004.7(075.8) Б431

Рецензенты:

канд. техн. наук, доцент К. А. Лайко

канд. техн. наук, ведуший инженер ООО НПП «Триада-ТВ» В. Г. Брем

Работа подготовлена на кафедре конструирования

и технологии радиоэлектронных средств

Беленький В. Г.

Б431 Основы передачи дискретных сообщений : учебное посо-

бие / В. Г. Беленький, А. А. Бизяев, К

. А. Куратов. – Новоси-

бирск : Изд-во НГТУ, 2023. – 76 с.

ISBN 978-5-7782-5121-2

В пособии рассматривается методика проектирования и расчета беспроводных сетей передачи данных. Изложены общие принципы организации и особенности построения сетей беспроводной передачи данных, приведены отличительные характеристики основных протоколов радиоинтерфейса беспроводных сетей.

Предназначено для студентов старших курсов, обучающихся по направлениям подготовки 11.03.02 и 11.04.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи».

УДК 621.396:004.7(075.8)

ISBN 978-5-7782-5121-2 © Беленький В. Г., Бизяев А. А.,

Куратов К. А., 2023 © Новосибирский государственный технический университет, 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ................................................................................................................... 4

1. Беспроводные сети передачи данных IEEE 802.16е (WiMAX) .................. 7

1.1. Методика проектирования сети WiMAX ..................................................... 7

1.2. Краткие теоретические сведения по организации

и функционированию сетей WiMAX ......................................................... 10

1.3. Общие рекомендации по проектированию сети WiMAX ........................ 20

1.4. Контрольные вопросы ................................................................................. 30

1.5. Рекомендуемая литература ......................................................................... 31

2. Беспроводные сети передачи данных IEEE 802.11 (Wi-Fi)....................... 32

2.1. Методика проектирования сети Wi-Fi ....................................................... 32

2.2. Краткие теоретические сведения по организации

и функционированию сетей Wi-Fi .............................................................. 35

2.3. Общие рекомендации

2.4. Контрольные вопросы ................................................................................. 50

2.5. Рекомендуемая литература ......................................................................... 51

по проектированию сети Wi-Fi ............................. 43

3. Беспроводные сети передачи данных 4G LTE ........................................... 52

3.1. Методика проектирования сети LTE ......................................................... 52

3.2. Краткие теоретические сведения по организации

и функционированию сетей LTE ................................................................ 55

3.3. Общие рекомендации по проектированию сети LTE ............................... 63

3.4. Контрольные вопросы ................................................................................. 73

3.5. Рекомендуемая литература ......................................................................... 74

Заключение ........................................................................................................... 75

ВВЕДЕНИЕ

Большое развитие в области передачи данных в настоящее время получили беспроводные сети, которые позволяют пользователям связываться и получать доступ к приложениям и информации посредством высокочастотной радиосвязи без использования проводных соединений. Беспроводные сети, обладая достаточно высокой пропускной способностью, обеспечивают мобильность клиента, его способность подключаться к сети из любого места и в любое время. Начиная с 2017 г. количество мобильных пользователей сети Интернет превысило количество ПК-пользователей и продолжает ежегодно увеличиваться примерно на 1 %. Такое развитие беспроводных сетей передачи информации в России и во всем мире связано c такими их достоинствами, как:

 быстрота проектирования и развертывания;

 гибкость архитектуры, т. е. возможность динамического измене-

ния топологии сети по мере увеличения подключаемых абонентов без значительных потерь времени;

 высокая скорость передачи информации;

 высокая степень защиты от несанкционированного доступа;

 отказ от дорогостоящей и не всегда возможной прокладки опто-

волоконного кабеля [7].

Основой любой беспроводной сети служит ее протокол, или стандарт, который регламентирует топологию сети, маршрутизацию, адресацию, порядок доступа узлов сети к каналу передачи данных, формат передаваемых пакетов, набор управляющих команд для узлов сети и систему защиты информации. Всё многообразие протоколов беспроводной передачи данных можно классифицировать несколькими ными способами, выбрав в качестве основного один из параметров, например топологию сети, скорость работы или алгоритмы безопасности. Наиболее распространенный метод классификации в технической

различ-

литературе основан на максимальном радиусе действия беспроводной сети. Исходя из этого критерия беспроводные сети разделяются следующим образом:

 беспроводные персональные сети WPAN (Wireless Personal Area Network), применяются для связи различных устройств, включая компь-

ютеры, бытовые приборы и оргтехнику, средства связи и т. д. Радиус действия WPAN составляет от нескольких метров до нескольких десятков метров. Самым используемым протоколом WPAN является

Bluetooth;

 беспроводные локальные сети WLAN (Wireless Local Area Network), имеющие радиус действия до нескольких сотен метров. К ним

относятся следующие протоколы: Wi-Fi, UWB, ZigBee;

 беспроводные региональные сети WMAN (Wireless Metropolitan Area Network), которые используются в масштабе города. Радиус дей-

ствия таких сетей несколько километров. Примером протокола этой сети служит WiMAX;

 беспроводные глобальные сети WWAN (Wireless Wide Area Network) ‒ в основном это сети сотовой связи, их радиус действия со-

ставляет десятки километров. К этим сетям относятся следующие протоколы: GSM, UMTS (или W-CDMA), LTE.

В настоящем учебном пособии основное внимание уделено трем протоколам сетей беспроводной связи – Wi-Fi, WiMAX и LTE. Эти протоколы выбраны вследствие их широкого распространения в современных беспроводных сетях передачи данных, включая мобильный доступ в Интернет. Соответственно, пособие состоит из трех частей.

В первой части изложены общие принципы организации сети на ос нове стандарта IEEE 802.16 (или WiMAX), рассмотрены основные особенности функционирования протоколов 802.16d и 802.16e в части технологии доступа к среде, помехоустойчивого кодирования, поддержки многоантенных систем. Приведен общий алгоритм проектирования сетей WiMAX.

Во второй части рассмотрены общие принципы организации и особенности построения сети беспроводной передачи данных по стандарту IEEE 802.11 (или Wi-Fi). Изложены отличительные характеристики про токолов 802.11n и 802.11ас в части формирования OFDM-сигнала и применения технологии MIMO, рассмотрены этапы проектирования сетей

Wi-Fi при их размещении внутри зданий.

В третьей части кратко описаны составные элементы, формирующие структуру мобильной сети связи LTE, обсуждаются особенности методов множественного доступа в нисходящем и восходящем каналах LTE и схемы организации MIMO в системах LTE. Приводится описание последовательности действий по расчету емкости и минимально достижимой скорости передачи данных в каналах LTE.

Кроме того, в пособии рассматриваются вопросы

прогнозирования безопасной для здоровья человека зоны (санитарно-защитной зоны) вокруг излучающих антенн беспроводных систем того или иного протокола.

1. БЕСПРОВОДНЫЕ СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ IEEE 802.16е (WiMAX)

1.1. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЕТИ WiMAX

Основной задачей при проектировании беспроводных сетей передачи данных по технологии WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) является определение необходимого числа базовых станций (БС) для заданной области (площади) функционирования сети и количества активных абонентских станций (АС) в сети с учетом требований по скорости передачи данных как по прямому (down link, DL), так и по обратному (up link, UL) каналу. Кроме того, при проектировании также важно обеспечить чающих антенн БС проектируемой сети для населения, проживающего в непосредственной близости.

Проектирование беспроводных сетей передачи данных по технологии WiMAX состоит из нескольких этапов. Вначале по исходным данным на проектирование о ширине полосы частот, типе модуляции и схеме кодирования в DL-канале рассчитывается необходимая чувствительность приемника жет в DL-канале (в линии БС → АС). При тех же значениях ширины полосы частот, типе модуляции и схеме кодирования вычисляют необходимую чувствительность приемника БС и соответствующий энергетический бюджет в UL-канале (в линии АС гетические бюджеты в DL- и UL-канале различаются более чем на 3 дБ, то необходимо, выбрав вид модуляции, схему и скорость кодирования данных в UL-канале, обеспечить примерное равенство энергетических бюджетов в UL- и в DL-канале (различие должно составлять менее

1 дБ). Затем, используя эмпирическую модель Эрцега (Erceg, 1999),

электромагнитную безопасность от излу-

АС и соответствующий энергетический бюд-



БС). В случае, если энер-

следует рассчитать и построить график зависимости величины потерь на трассе распространения радиосигнала от расстояния d между БС и АС. Далее, пользуясь данным графиком и известными значениями энергетических бюджетов в DL- и UL-канале, необходимо определить дальность передачи сигналов в линиях DL

()d

и UL

их расхождения. Минимальное из двух значений

()d

и степень

будет

определять радиус зоны покрытия одной БС сети WiMAX. При найденном радиусе зоны покрытия следует вычислить площадь зоны покрытия в предположении, что она аппроксимируется правильным шестиугольником. После этого осуществляется расчет максимальной скорости передачи данных на сектор (или емкость сектора) в DL- и UL-канале. Исходя из площади покрытия одной

БС и емкости сектора БС определяется необходимое количество БС для построения беспроводной сети передачи данных WiMAX в заданной области ее функционирования. При найденном значении количества БС в случае необходимости следует сделать корректировку по уровню мощности излучения БС и заново вычислить минимально достижимую скорость передачи данных в UL-канале. В

общем случае скорость передачи данных к (от) абоненту в линиях DL и UL будет существенно различаться. Завершается проектирование беспроводной сети передачи данных по технологии WiMAX вычислением максимального размера санитарно-защитной зоны (СЗЗ) одной БС и ее графическим построением с учетом диаграммы направленности излучающей антенны БС.

Алгоритм расчета беспроводной сети передачи данных

по техноло-

гии WiMAX по рассмотренной методике представлен на рис. 1.1.

По результатам проектирования следует сформировать в рукописном или печатном виде отчет по выполненной работе, в который включить:

 процедуру расчетов беспроводных сетей по технологии WiMAX;

 таблицы результатов;

 график зависимости потерь от расстояния;

 графическое изображение СЗЗ излучающей антенны БС

;

 выводы по степени расхождения дальности передачи сигналов в DL- и UL-канале, по скорости передачи данных к (от) АС и в целом по результатам расчетов.

Рис. 1.1. Алгоритм проектирования сети WiMAX

1.2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ

И ФУНКЦИОНИРОВАНИЮ СЕТЕЙ WiMAX

Сети WiMAX являются реализацией технологии широкополосного беспроводного доступа с целью оказания абонентам услуг по высокоскоростной и беспроводной передаче данных, основаны на стандарте IEEE 802.16 и имеют отличительную особенность в виде наличия фиксированного и мобильного варианта WiMAX.

Стандарт IEEE 802.16–2004 (известен также как IEEE 802.16d, или фиксированный вариант WiMAX). Спецификация утверждена в 2004 г. и регламентирует характеристики беспроводной системы связи WiMAX для организации фиксированного доступа абонентов к услугам высокоскоростной передачи данных. Абонентские устройства представляют собой стационарные модемы с внешней антенной, устанавливаемой

вне

или внутри здания.

Стандарт IEEE 802.16–2005 (известен также как IEEE 802.16е, или мобильный вариант WiMAX). Спецификация утверждена в 2005 г. и регламентирует характеристики беспроводной системы связи WiMAX для организации мобильного доступа абонентов к услугам высокоскоростной передачи данных. Мобильность означает наличие функций роуминга и «бесшовного» переключения между БС при передвижении абонента (как происходит в

сетях сотовой связи).

Основное различие двух технологий состоит в том, что фиксированный WiMAX позволяет обслуживать только «статических» абонентов, а мобильный ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км/ч.

Далее подробно рассмотри сети Mobile WiMAX стандарта IEEE

802.16е.

Сеть Mobile WiMAX является типичной сетью сотовой связи и состоит из двух основных подсистем: ASN (Access Service Network) – сеть доступа и CSN (Connectivity Service Network) – сеть обеспечения услуг (рис. 1.2).

Подситема ASN – это набор сетевых элементов, предназначенных для организации доступа абонентов WiMAX в сеть. В состав ASN входят два основных компонента:

 BS (Base Station) – базовая станция (БС). Основной задачей БС является установление, поддержание и разъединение беспроводных

1 / 81 2 3 4 5 6 7 8 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]