- •Методические указания к курсовой работе по курсу
- •Источник сообщений (ис).
- •Аналого-цифровой преобразователь (ацп).
- •Перемежитель.
- •Устройство восстановления после перемежения (деперемежитель).
- •Вложение преамбулы (вп).
- •Методические указания к курсовой работе по курсу «Теория электрической связи» «Расчёт основных характеристик системы передачи мультимедийной информации»
- •Методические указания к выполнению курсовой работы
- •1. Принцип действия системы передачи информации.
- •2.Расчет спектров сигналов.
- •3.Расчет помехоустойчивости приема.
- •3.1.Помехоустойчивость при фазовой модуляции.
- •3.2.Помехоустойчивость приема при квадратурной амплитудной модуляции.
- •4.Программное обеспечение курсовой работы.
- •4.1. Программное обеспечение для расчета спм сигналов
- •4.2.Программное обеспечение для расчета помехоустойчивости.
Методические указания к выполнению курсовой работы
1. Принцип действия системы передачи информации.
Приведённая блок-схема системы передачи информации охватывает с небольшими изменениями различные международные стандарты широкополосного доступа
(IEEE 802.11а,в,д, IEEE 802.16е – 2005 и другие), стандарты цифрового телевидения и другие стандарты.
Рассмотрим функционирование системы по блок-схеме.
Технология OFDM предусматривает, что информация передаётся по многим поднесущим частотам, образующим канал. Ширина канала — 20 МГц. В сетях IEEE 802.11a в 20-МГц канале используются 52 поднесущие, однако их номинальное число выбирается из соображений удобства преобразования Фурье и принимается равным 64. Таким образом, интервал между поднесущими Δf =312,5 кГц, а сами поднесущие можно представить как fk(t) = aksin[2π(f0 + kΔf)t + фk], где k = -26, ...,26. Центральная поднесущая не используется (ее амплитуда всегда равна нулю). Поднесущие модулируются посредством методов модуляции: BPSK, QPSK, 16-QAM и 64-QAM.
Суммарный сигнал на всех поднесущих можно записать, как
s(t)=∑Ckej2π(f0+kΔf)t (по k от -26 до 26),
гдеCk - комплексная амплитуда k-й поднесущей, мнимая и действительная составляющие которой соответствуют квадратурному (Q) и синфазному (I) каналам квадратурной модуляции. Значения комплексных составляющих выбираются в соответствии с кодом Грея, исходя из потока информационных бит.
OFDM-символ представляет собой совокупность всех поднесущих на дискретном временном интервале длительностью
ТF = 1/Δf = 3,2 мкс. Информационная емкость OFDM-символа определяется типом модуляции информационных поднесущих и их числом. Из 52 поднесущих в стандарте IEEE 802.11a для передачи данных используются 48, остальные 4 поднесущие — пилотные. Следовательно, емкость OFDM-символа составляет 48·Nb, где Nb — число бит в одном модуляционном символе (на одной поднесущей), равное двоичному логарифму от числа позиций модуляции. Таким образом, OFDM-символ содержит от 96 до 288 бит.
Отметим, OFDM-модуляция обладает мощным средством борьбы с межсимвольной интерференцией, проявляющейся в том, что из-за множественных переотражений в приемник одновременно поступают два смежных символа — прямо распространяющийся и “запоздавший”. Это ведет к потере символов. В случае OFDM-модуляции, которая допускает небольшую скорость передачи данных на одной поднесущей, в каждый OFDM-символ добавляется защитный интервал GI. В стандарте IEEE 802.11a его длительность равна ТF = 0,8 мкс. Следовательно, длительность всего символа TS = TGI + ТF = 4 мкс. Защитный интервал транслируется в начале OFDM-символа и представляет собой копию его последних 0,8 мкс. В результате отраженный и пришедший с задержкой символ попадает в защитный интервал и не повреждает прямо распространяющийся символ.
Рассмотрим процедуры формирования выходного сигнала в стандартах IEEE 802.11a и IEEE 802.11g. Входной поток данных (бит) прежде всего подвергается скремблированию (в данном случае рандомизации) посредством перемножения на псевдослучайную последовательность (ПСП) с циклом повторения 127. Ее формирует генератор с задающим полиномом G(x) = х7 + x + 1 и начальным заполнением 1111111. При передаче конкретного пакета вектор инициализации генератора ПСП может быть произвольным, но должен принадлежать ПСП. Приемник восстанавливает его, поскольку известно, что последние 7 бит поля данных (младшие биты поля SERVICE заголовка, см. далее) перед скремблированием всегда равны нулю.
После скремблирования поток данных поступает на сверточный кодер (FEC). Исходя из выбранной скорости передачи данных, скорость кодирования может составлять 1/2, 2/3 и 3/4. Напомним, скорость кодирования — это отношение числа бит в пакете до и после кодера (скорость кодирования r = 1/2 означает, что каждый входной бит после кодирования превращается в два бита). Поскольку у кодера два выхода, каждому входному биту xi соответствует пара бит (yi, zi). Значения скорости кодирования, отличные от 1/2,
получаются путем исключения из выходной последовательности отдельных значений yi или zi (процедура выкалывания).
Далее поток кодированных бит подвергается перемежению (интерливингу) — изменяется порядок битов в последовательности в рамках OFDM-символа. Вся последовательность кодированных бит разбивается на блоки, длина которых равна числу бит в OFDM-символе (Ncbps) при выбранной скорости передачи. В пределах блока биты нумеруются от 0 до Ncbps.
Затем происходит двухстадийная перестановка. Цель первого этапа — добиться, чтобы смежные биты кодовой последовательности оказались на несмежных поднесущих. Первый этап перемежения эквивалентен тому, что данные последовательно по строкам записываются в таблицу из 16 строк и Ncbps/16 столбцов, а затем последовательно считываются по столбцам (т. е. считываются в порядке записи, но из транспонированной таблицы).
После второго этапа перестановки смежные биты оказываются попеременно в старших и младших разрядах групп, определяющих модуляционный символ квадратурной модуляции. Это делается для того, чтобы соседние биты не оказались в младших разрядах, надежность передачи которых наиболее низка.
После интерливинга последовательность бит разбивается на группы по числу позиций выбранной квадратурной модуляции (1; 2; 4 или 6) и в соответствии с диаграммами Грея определяют значения синфазной (младшие биты) и квадратурной (старшие биты) составляющих комплексных амплитуд.
Полученные из диаграмм Грея значения амплитуд умножаются на нормировочный коэффициент 1, 1/√2, 1/√10, 1/√42 для BPSK, QPSK, 16-QAM и 64-QAM соответственно. В результате получаются значения комплексных амплитудCk.
Скорость передачи данных, Мбит/с |
Модуля ция |
Скорость кодирования |
Кодированных бит на несущую (Nbpsc) |
Кодированных битов OFDM-символе (Ncbps) |
-Информационных бит в OFDM-символе (Ndbps) |
6 , |
BPSK |
1/2 |
1 |
48 |
24 |
9, |
BPSK |
3/4 |
1 |
48 |
36 |
12- |
QPSK |
1/2 |
2 |
96 |
48 |
18' |
QPSK |
3/4 |
2 |
96 |
72 |
24 |
16-QAM |
1/2 |
4 |
192 |
96 |
36 |
16-QAM |
3/4 |
4 |
192 |
144 |
48 |
64-QAM |
2/3 |
6 |
288 |
192 |
54 |
64-QAM |
3/4 |
6 |
288 |
216 |
Различные сочетания скоростей кодирования и методов модуляции поднесущих и определяют набор скоростей передачи данных в стандартах IEEE 802.11a и IEEE 802.11g (см.табл.).
Структура OFDM
сигнала в частотной области
f0 = 0. В приемнике преобразования выполняются в обратном порядке.