АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

МОДЕЛИ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ СООБЩЕНИЙ

Читайте также:
  1. A) к любой экономической системе
  2. A) прогрессивная система налогообложения.
  3. C) Систематическими
  4. Can-Am-2015: новые модели квадроциклов Outlander L и возвращение Outlander 800R Xmr
  5. CASE-технология создания информационных систем
  6. I СИСТЕМА, ИСТОЧНИКИ, ИСТОРИЧЕСКАЯ ТРАДИЦИЯ РИМСКОГО ПРАВА
  7. I. Основні риси політичної системи України
  8. I. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ (ТЕРМИНЫ) ЭКОЛОГИИ. ЕЕ СИСТЕМНОСТЬ
  9. I. Суспільство як соціальна система.
  10. I. Формирование системы военной психологии в России.
  11. I.2. Система римского права
  12. II звено эпидемического процесса – механизм передачи возбудителей.

Контактная информация:

Специалист отдела продаж
ООО «АмурСтройТехника»
Лиманкин Михаил Владимирович

г. Хабаровск, ул. Воронежская 144, оф. 24

Тел.: +7-914-778-88-34, факс: 8 (4212) 75-88-34

Сот: +7-924-415-47-05

Е-mail: 89147788834@mail.ru

Сайт: www.амурстройтехника.рф

МОДЕЛИ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ СООБЩЕНИЙ

   
Анализ систем и сетей передачи дискретных сообщений является достаточно сложной задачей, для решения которой необходимо использовать многоуровневый подход и декомпозицию, описанные в [15]. Декомпозиция предполагает: – разбиение сложной задачи (системы) на несколько простых задач (модулей); – четкое определение функций каждого модуля, решающего отдельную задачу; – определение правил взаимодействия между модулями. При многоуровневом подходе: – все множество модулей разбивается на уровни (при этом функции всех уровней должны быть четко определены); – уровни образуют иерархию (т.е. существуют верхние и нижние); – для решения своих задач каждый уровень обращается с запросами только к модулям непосредственно примыкающего нижнего уровня; – результаты работы модулей уровня могут быть переданы только соседнему, вышележащему. Рассмотренный подход реализован в модели взаимодействия откры­тых систем (Open System Interconnection reference model= OSI). В соответ­ствии с данной моделью все процессы, реализуемые открытой системой, разбиты на семь взаимно подчиненных уровней [51,52]. Таким образом, ка­ждый узел сети представляет собой иерархическую систему. Процедура взаимодействия этих узлов может быть описана в виде набора правил взаимодействия каждой пары соответствующих (равноправных) уровней участвующих сторон. Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называется протоколом. Правила взаимодействия уровней, находящихся в одном уз­ле, принято называть интерфейсами. Для описания радиосетей, как и проводных сетей связи, принято использовать иерархическую семиуровневую модель взаимодействия открытых сетей связи OSI-7 [52]. Под термином «открытая» понимается сеть связи, которая способна взаимодействовать 5.1. Подходы к моделирова-нию систем передачи сообщений   Концептуальная модель системы передачи в рамках OSI     Определение протокола и интерфейса 5.1.1. Модель OSI-7 для открытых сетей связи  
Правила взаимодействия с другими сетями называются специфи­кациями     Верхние уровни модели OSI-7   с другими сетями или устройствами передачи, преобразования или обработки информации по установленным правилам. Модель OSI-7 описывает прохождение информации от одного абонента к друго­му через физическую среду, называемую сетью связи, которая представляется в виде иерархической структуры узлов и соединений, не зависящей от их физической и программной реализации, вида и назначения передаваемой ин­формации. Любой узел сети связи представляется семью уровнями, каждый из кото­рых выполняет определенную группу функций (процедур) и способен взаимодейст­вовать с соседними уровнями данного узла и аналогичными по иерархическому по­ложению уровнями другого узла. В модели OSI-7 точно различаются функции (процедуры), выполняемые на каждом уровне, и связи (протоколы и интерфейсы), обеспечивающие взаимодействие уровней. Процедуры, протоколы и интерфейсы дос­таточно независимы друг от друга, что позволяет изменять их в отдельности с мини­мальным влиянием на другие. Графически модель OSI-7 представлена на рис. 5.1. Четыре верхних уровня модели OSI-7 определяют прохождение информации по сети, организацию интерактивного соединения, взаимодействие с периферийными устройствами, взаимодействие с базами данных, статистику работы в сети, адресацию, маршрутизацию и т. д. Все процедуры, выполняемые на этих уровнях, реализу­ются в программном виде. Взаимодействие верхних уровней описывается протоко­лами высокого уровня, в значительной степени не зависящими от конкретной струк­туры или физической реализации сети связи. Так, например, протоколы связи TCP/IP и Х.25 с равным успехом используются в проводных сетях и радиосетях. Рис. 5.1. Модель открытой системы OSI-7  
Нижние уровни модели (с 1-го по 3-й) определяют передачу данных между выделенными узлами сети и существенно зависят от реализации сети связи. Процедуры, выполняемые на этих уровнях, реализуются как программно (протокол обмена данными), так и аппаратно (формирование физического сигнала для линии связи). Процесс обмена информацией между двумя пользователями сети связи показан на рис. 5.2. Предполагается, что абонент А находится в одном узле связи, абонент Б – в другом узле. Информация, поступающая от абонента А, проходит сверху вниз (от прикладного уровня к физическому) и поднимается снова снизу вверх к абоненту Б (от физического уровня к прикладному).   Рис. 5.2. Прохождение информации в модели OSI-7 Прохождение информации от одного уровня к другому определяется интерфейсами взаимодействия уровней. Интерфейсы четырех верхних уровней обеспечивают взаимодействие периферийного пользовательского устройства с сетью связи и соот­ветствующее представление пользовательской информации, поиск абонента в гло­бальной сети, маршрутизацию и т. д. На сетевом уровне происходит поиск абонента локальной подсети и сопровождение мобильного абонента при его передвижении с целью поддержания непрерывности сеанса связи. На канальном уровне выполняется помехоустойчивое кодирование информации, определяется доступность канала связи между двумя выделенными узлами сети и осуществляется контроль достоверности передачи информации между взаимодействующими узлами. На физическом уровне происходит преобразование информационного потока в реальный цифровой сигнал, который и передается по соединению. Затем данные абонента А проходят по каналу связи (соединению сети) и поступают на физический уровень другого узла связи. Эта Нижние уровни модели OSI-7   Взаимодействие уровней сети    
  Взаимодействие узлов сети     Прохождение запроса в сети     Пакетная форма обмена данными   информация проходит обратный путь (от физического уровня к представительскому) и поступает в распоряжение абонента Б. Только соседние уровни узлов взаимодейст­вуют между собой в процессе приема и передачи информации. Показанные на рис. 5.2 узлы сети связи позволяют описать в самом общем случае установление, поддержание и завершение соединения между двумя узлами сети. Ясно, что в зависимости от функционального назначения узлов далеко не все уровни (функции) могут или должны быть использованы. Если узлы являются реальными источниками и потребителями информации, то взаимодействие действительно про­исходит по описанному выше сценарию. Если же узлы связи являются просто тран­зитными (промежуточными) узлами сети, то, очевидно, в приеме и передаче инфор­мации принимают участие только нижние уровни. Модель OSI-7 описывает не только последовательность обработки данных, но и место, где происходит эта обработка. Если, например, кодирование информации происходит на канальном уровне абонента А, то и обратный процесс декодирования происходит на канальном уровне абонента Б. Запрос на предоставление информации, сформулированный на представительском уровне абонента А, будет обработан на представительском уровне абонента Б. Взаимодействуют между собой только те уровни, принадлежащие к различным узлам сети, которые имеют одинаковый иерархический статус. В результате каждый уровень в модели OSI-7 взаимодействует только с тремя другими уровнями: соседними (верхним и нижним) уровнями узла и анало­гичным уровнем в другом узле сети связи. Передаваемая информация в модели OSI-7 представляется как сообщение (пакет данных), которое обязательно содержит заголовок и данные. Заголовок относится к сигнальной информации, передаваемая информация находится в разделе данных. Реальная структура сообщения может быть гораздо сложнее, но перечисленные компоненты присутствуют всегда. При формировании общего сообщения на каждом уровне (кроме физического) генерируется частное сообщение, в котором присутствует заголовок и данные. При этом вся информация, полученная от вышестоящего уровня, воспринимается на нижестоящем уровне как данные и передается как дан­ные. Процесс формирования полного сообщения показан на рис. 5.3. Здесь сообще­ние формируется на сетевом уровне. Это
сообщение содержит данные для передачи и Заголовок 2. Формат и содержание заголовка определяются протоколом сетевого уровня. На канальном уровне формируется новое сообщение с Заголовком 1, который определяется процедурой работы канального уровня. При этом вся информация, по­лученная от вышестоящего сетевого уровня (Заголовок 2 и данные), включается на канальном уровне в раздел данных. Рис. 5.3. Структура сообщения (пакета данных) в модели OSI-7   На физическом уровне информация не обрабаты­вается, а лишь представляется в виде, удобном для передачи по физической линии. В частности, при реализации соединения в виде радиоканала поступившие на физиче­ский уровень данные, независимо от содержания, преобразуются в модулирующий сигнал для последующей модуляции несущей частоты. На приемном конце сообщение принимается на физическом уровне и передается на канальный уровень. На канальном уровне происходит чтение Заголовка 1 и выполняются логические функции по обработке в сообщении данных, предназначенных для этого уровня. Затем Заголовок 1 из сообщения удаляется и данные передаются на вышестоящий сетевой уровень. На этом уровне происходит чтение Заголовка 2 и выполняются опера­ции по обработке данных, которые определяются сетевым протоколом. Этот уровень определяет процедуры, протоколы и интер­фейсы, которые совместно обеспечивают активизацию, поддержание и завершение физического соединения между соседними (связанными непосредственно) узлами в сети связи. На физическом уровне обеспечивается реальная передача данных по радиокана­лу, поэтому к основным процедурам физического уровня относятся: – преобразование сигнальной и пользовательской информации из программного представления (цифровое сообщение) в физическое представление (цифровой сигнал); – модуляция высокочастотного колебания цифровым сигналом, установка несущей частоты и мощности модулированного колебания; Структура пакета содержит два раздела: заголовок и данные     5.1.2. Уровни модели OSI-7     Физический уровень     Процедуры физического уровня      
  Требования к физическому уровню (радиоканлу)     Варианты служебной информации     Интерфейс физического и канального уровней     Канальный уровень – прием и детектирование высокочастотного модулированного колебания; – восстановление переданного сообщения из демодулированного цифрового сигнала. В описании выполняемых процедур также указываются требования к аппаратуре, которые обеспечивают электромагнитную совместимость радиостанций, а именно: стабильность несущей частоты передатчика и гетеродина приемника, точность уста­новки величины девиации несущей частоты, диапазон возможных мощностей пере­датчиков, чувствительность и избирательность приемников, время переходных про­цессов при включении и выключении приемопередатчиков и т. д. Протокол физического уровня описывает взаимодействие физических уровней двух узлов сети, и, прежде всего, способ представления сигнальной информации и данных (структуру пакета данных). В общем случае пакет данных, кроме пользова­тельской информации, может содержать биты начала и окончания пакета, синхропоследовательности для тактовой синхронизации приемника и передатчика, тестовые последовательности для определения достоверности приема данных, биты управления мощностью радиостанции, идентификаторы абонента и аппаратуры, ключи шифрова­ния и т. д. Интерфейс физического уровня описывает взаимодействие физического уровня с канальным уровнем, а именно: – размещение данных, полученных от канального уровня, в соответствующие по­зиции передаваемого пакета; – извлечение из принятого пакета данных, предназначенных для передачи на ка­нальный уровень; – формирование сообщений на канальный уровень о состоянии канала связи (заня­тость канала, уровень помех в канале, уровень принимаемого сигнала, исправность аппаратуры и т. д.); – прием данных от канального уровня на установку соответствующих параметров аппаратуры физического уровня (рабочей частоты, мощности и т. д.). Этот уровень определяет процедуры, протоколы и интерфейсы, которые обеспечивают достоверное прохождение информации по физической линии передачи между узлами сети, а также управление аппаратурой физического уровня. Можно сказать, что функционально  
канальный уровень работает в локальной подсети, конфигурация которой определяется как «точка – точка». Канальный уро­вень выполняет последнее преобразование информации перед ее передачей по физи­ческому каналу связи и по этому признаку может быть определен как граница разде­ла между физической и программной средой. Принято подразделять канальный уро­вень как минимум на два подуровня: управление логической передачей данных (Logical Link Control – LLC) и управление доступом к среде передачи данных (Media Access Control – MAC). Процедуры, выполняемые на канальном уровне, обеспечивают управление аппа­ратурой физического уровня и контроль состояния радиоканала, а именно: – контроль ограниченных ресурсов радиоаппаратуры физического уровня с целью их оптимального распределения в соответствии с требованиями логических устройств верхних уровней. Также должны быть разрешены противоречия вследствие одновременных требований доступа различных логических устройств к одним и тем же устройствам физического уровня или вследствие временного ограничения возможностей радиоаппаратуры. Эти ограничения могут быть связаны как с особенностями состояния радиоканала (высокий уровень помех, напряженный трафик), так и с неисправностью отдельных устройств; – формирование команд управления радиоаппаратурой (установка рабочей часто­ты и мощности, переключение режима приема-передачи и т. д.); – контроль состояния радиоканала (занят – свободен) и активизации соответствую­щих процедур приема или передачи информации по радиоканалу. В зависимости от состояния радиоканала устанавливаются шумовой порог приемника и уровень выходной мощности передатчика. Если очередь на передачу сообщений очень велика, сообщение об этой ситуации передается на вышестоящий (сетевой) уровень для принятия решения и перераспределения потока сообщений между другими соединениями сети. Протокол канального уровня обеспечивает взаимодействие с канальным уровнем другого узла сети с целью максимально достоверной передачи сообщений, а именно: – кодирование-декодирование информации для повышения помехоустойчивости канала связи;   Процедуры канального уровня     Протокол канального уровня  
  Интерливинг – перемежение (перестановка по заданному закону) битовых, байтовых и других данных   Сетевой уровень     Процедуры сетевого уровня   – интерливинг-деинтерливинг сообщений для исключения влияния быстрых флуктуации параметров среды распространения; – формирование требований на повторную передачу сообщений или снижение скорости передачи информации при недопустимо высоком уровне ошибок; – анализ тестовых последовательностей для определения состояния радиоканала и установки переменных параметров эквалайзера. Процедуры, протоколы и интерфейсы этого уровня определя­ют конфигурацию локальной сети связи и обеспечивают управление этой сетью. Сетевой уровень в отличие от канального и физического уровней является чисто программ­ным и в значительной степени не зависит от физической реализации сети. Основны­ми процедурами, выполняемыми на сетевом уровне, являются: – конфигурирование сети связи; – логическая адресация узлов, соединений и абонентов; – определение местоположения абонента в сети связи; – маршрутизация и управление вызовами; – идентификация абонентов и оборудования, проверка их легальности, приоритета абонентов и перечня предоставляемых им услуг связи; – передача управления при движении абонента; – взаимодействие с другими сетями связи. Три нижних уровня модели OSI-7 (физический, канальный, сетевой) дают исчер­пывающее описание структуры и особенностей конкретной сети связи. Верхние уровни модели OSI-7 практически не зависят от физической структуры сети связи и в стандартах радиосвязи отсутствуют. Таким образом, средства каждого уровня должны отрабатывать, во-первых, свой собственный протокол, а, во-вторых, интерфейсы с соседними уровнями. Кроме того, поскольку каждый уровень использует возможности нижних уровней, то характеристики любого верхнего уровня могут быть выражены через параметры нижнего уровня. Помимо упрощения решения задач анализа сложных систем такой подход позволяет достичь независимости протоколов разных уровней, что, в свою очередь, дает возможность параллельного моделирования на разных уровнях.  
В реальных системах на физическом уровне одновременно происходит обмен данными по нескольким каналам или, как принято говорить в радиосвязи, между несколькими станциями. Под многостанционным доступом (МД) понимают такой режим работы системы, при котором имеет место одновременная работа нескольких станций через общий ретранслятор. МД сначала использовался только в спутниковых системах связи. Позже МД стали применять на местных и внутризоновых радиорелейных линиях (РРЛ). Основными методами разделения частотного ресурса на отдельные радиоканалы являются [52,53]: – частотное разделение каналов (МДЧР или FDMA – Frequency Division Multiple Access); – временное разделение каналов (МДВР или TDMA – Time Division Multiple Access); – кодовое разделение каналов (МДКР или CDMA – Code Division Multiple Access); – пространственное разделение каналов (МДПР или SDMA – Space Division Multiple Access). В общем случае в сети с МД через общий ретранслятор могут устанавливаться дуплексные соединения по принципу «каждый с каждым» и поддерживаться одновременно несколько линий связи для каждого абонента сети в течение одного сеанса связи. В системах связи с подвижными объектами нет ретранслятора в традиционном понимании. Абоненты имеют абонентские станции (АС) и поддерживают связь между собой через базовые станции (БС). Режим МД относится только к базовым станциям. Для каждой абонентской станции в течение данного сеанса связи поддерживается лишь одна линия связи. Частотный метод разделения каналов предполагает назначение определённого частотного диапазона для каждого канала связи. Весь выделенный для сети участок спектра разделяется на частотные каналы шириной , достаточные для передачи модулированного высокочастотного сигнала. На рис. 5.4 обозначено: – полоса частот ретранслятора; – полоса частот, отводимая для -й станции; –число станций в системе с МД, ; – защитный частотный интервал. При МДЧР сигнал ретранслятора описывается такими параметрами, как скважность и пик-фактор суммарного сигнала. Используются две модели суммарного сигнала. 5.2. Организация много-станционного доступа     Разделение каналов   FDMA     TDMA   CDMA     SDMA     Частотный метод (FDMA)    
    Эта формула справедлива для канала AWGN     Временной метод (TDMA) Рис. 5.4. Параметры частотного разделения в МДЧР При большом числе каналов сигнал с МДЧР представляют как гауссов шум с равномерной спектральной плотностью в полосе частот сигнала. При малом числе каналов применяют четырехсигнальную модель. Сигнал с МДЧР рассматривается как аддитивная сумма нескольких независимых немодулированных гармонических колебаний, частоты которых выбраны так, что продукты перекрестной модуляции различных порядков не совпадают по частоте и могут быть разделены фильтрами. Например, это могут быть синусоидальные колебания с частотами . Минимальное число гармонических колебаний, при котором в ретрансляторе образуются все характерные взаимные помехи, равно трем, четвертый сигнал – калибровочная синусоида. При этом средняя мощность суммы четырех этих синусоид должна быть равна средней мощности суммарного сигнала, а их амплитуды должны быть одинаковы. Максимально возможная скорость передачи бинарной информации по радиоканалу с ограниченной полосой частот определяется известной формулой Шеннона , (5.1) где – минимально допустимое отношение сигнал/шум. При использовании многоуровневых методов модуляции скорость передачи информации повышается в раз, где – количество бит информации в одном символе. Временной метод разделения каналов предполагает выделение для каждого соединения (сеанса связи) персонального временного интервала (слота) в общем циклически повторяемом временном кадре (фрейме). Каждый вид связи, использующий МДВР, имеет свою структуру опорных и информационных кадров. Для определенности на рис. 5.5 представлен кадр системы Интелсат. Все кадры передаются на одной несущей частоте. Длительность кадра выбирают по определенным принципам, как правило, кратной периоду дискретизации в кодере. Так, при исполь­зовании стандартной  
импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) период дискретизации равен 125 мкс и в ряде спутниковых систем, например в Интелсат, выбрана длитель­ность кадра 2 мс. В системах связи с подвижными объектами стандартная ИКМ со скоростью пере­дачи 64 кбит/с для одного телефонного канала не используется, поскольку в этом случае требуется слишком широкая полоса частот на один речевой канал.   Рис. 5.5. Структуры кадра и пакетов в МДВР: а – структура кадра; б – структура опорного пакета (ОП); в – структура информационного пакета (ИП)   В спутниковых системах с МДВР назначают центральные (опорные) и периферийные земные станции (ЗС). Между всеми ЗС распределяется такой ресурс ретранслятора, как длительность кадра (Т к). Кадр делят на окна. В каждом окне передается инфор­мационный пакет одной ЗС. Центральные станции (основная и ре­зервная) излучают опорные пакеты – соответственно ОП1 и ОП2. Периферийные ЗС передают пакеты ИП1-ИП М. Между окнами предусмотрен защитный временной интервал (ЗВИ). Часть пакета, называемую интервалом управления, отводят для передачи сигна­лов синхронизации, а также сигналов контроля и управления системой. Для того чтобы удерживать пакет ЗС на своем месте кадра, предусмотрена кадровая синхронизация системы. Синхросигнал передают либо вместе с информационным (в общем пакете), либо отдельно, как это имеет место в системах с выделенной синхрони­зацией. Сигналы кадровой синхронизации передает ведущая земная стан­ция в ОП1. Опорный пакет служит для установки начала кадра и для управления системой кадровой синхронизации. Структура ОП (рис. 5.6, б) включает интервал управления и информационную часть. Центральная ЗС (или БС) передает в ОП сигналы кадровой синхро-    
  Кодовое разделение каналов   База сигнала характеризует расширение спектра ШПС (расщеплен-ного сигнала) в сравнении со спектром модулирующих им­пульсов     низации (КС); сигналы синхронизации модемов (ВКН – восстановление когерентной несущей) и тактовой синхронизации (ТС), а также служебные сигналы. Информационные пакеты (рис. 5.5, в) содержат преамбулу и информационную часть. Структура преамбулы в основном повто­ряет структуру интервала управления опорного пакета, а информа­ционная часть делится в соответствии с числом передаваемых ка­налов на субпакеты №1, №2,..., № п. Каждый ИП присваивается определенной передающей ЗС, а каждый субпакет (для ее определенного корреспондента) – прием­ной ЗС. В общем случае в преамбулу могут быть введены сигналы опознавания, указывающие адреса ЗС, но часто адресность обес­печивается системой кадровой синхронизации. Различаются два основных режима работы системы кадровой синхронизации: пер­вичное вхождение и стационарная работа. Кодовое разделение сигналов основано на применении шумоподобных сигналов (ШПС). Основная характеристика ШПС – база сигнала , (5.2) где – ширина спектра ШПС; – ширина спектра исходных кодовых импульсов. Для получения ШПС выполняется прямое расширение спек­тра частот с помощью псевдослучайной последовательности (ПСП) по схеме рис. 5.6. Информационный импульсный сигнал с выхода АЦП сначала модулирует по фазе импульсную последо­вательность генератора ПСП (ГПСП) в фазовом модуляторе ФМ1, затем составной сигнал поступает на ФМ2 – модулятор СВЧ пе­редатчика. УСПд – устройство синхронизации передатчика. Сиг­налы U в точках а, б, в схемы и фаза СВЧ сигнала S в точке г по­казаны на рис. 5.7.   Рис. 5.6. Функциональная схема формирования ШПС  
Импульсная последовательность генератора ПСП имеет следующие параметры: – период повторения ПСП; – длитель­ность бита ПСП; – число битов ПСП. Выбирается период по­вторения ПСП равным длительности бита передаваемого информационного сигнала: . В радиоканале модулированный по фазе ШПС получил расширение спектра по сравнению с модулирующим сигналом в раз. Используя определенный ансамбль ортогональных сигналов ПСП, можно каждому абоненту присвоить индивидуальный (абонентский) ансамбль сигналов.   Рис. 5.7. Диаграммы сигналов передатчика   Это дает возможность исключить интерференционные помехи между сигналами при приеме. Поскольку сигналы от разных АС существенно различаются по форме, то возможно их разделение. На БС передаваемые сигналы снабжены адресом АС назначения. Для приема используется корреляционный приемник (рис. 5.8). Схема приемника содержит типовые блоки: смеситель (СИ), УПЧ, демодулятор (Д), регенератор (Р), ГПСП, для синхронизации кото­рого предназначено устройство синхронизации приемника (УСПр). Коррелятор вычисляет корреляционные функции для последова­тельности радиоимпульсов. В системе с МДКР выбирают ПСП с определенными взаимо­корреляционными функциями (ВКФ). Для упрощения реали­зации устройств формирования сигналов часто используют линейные ПСП, а для расширения объема ан­самбля сигналов – составные ПСП, сформированные на основе М-последовательностей и функций Уолша.     Уровень спектра мощности ШПС в радиоканале уменьшается в раз     Линейные ПСП генерируются с помощью регистров сдвига и сумматоров  
    5.3. Сотовые системы с кодовым разделением     В дальнейшем аббревиатуру МДКР заменим более известной CDMA     5.3.1. Организация физических каналов   Метод МДКР получил распространение в последние годы, в первую очередь в мобильных наземных и спутниковых системах. Основ­ные достоинства его сводятся к тому, что, во-первых, он позволяет выполнять эффективное управление радиоресурсами системы. Во-вторых, при расширении спектра сигнала уменьшается спектральная плотность его мощности, что уменьшает помеху, создаваемую этим сигналом. Это очень важно для любой системы, но особенно акту­ально для глобальных спутниковых систем, которые могут создавать помеху на всей территории Земли, видимой с ИСЗ. Рис. 5.8. Функциональная схема приема сигналов МДКР   При кодовом разделении каналов базовая станция (БС) и мобильная абонентская станция (АС) связаны двумя двусторонними каналами: так называемым прямым каналом – каналом от БС к АС – и обратным каналом – от АС к БС (рис. 5.9). Оба канала работают в двустороннем (дуплексном) режиме, т. е. одновременно принимают одни радиосигналы и передают (излучают в пространство) другие радиосигналы. Рис. 5.9. К определению прямого и обратного каналов в CDMA   Базовые станции образуют сеть, состоящую из нескольких десятков узлов приёма-передачи. На территории, на которой возможна двусторонняя связь между БС и АС (так называемый роуминг), находится большое количество мобильных АС. Вся эта система,  
связанная через радиоканалы должна работать синхронно и передавать информацию точно по адресатам. Кроме того, из-за перемещения АС характеристики физических каналов постоянно меняются, поэтому для устойчивой связи между отдельными АС и сетью БС должна быть предусмотрена возможность управления в АС мощностью излучаемых радиосигналов. Таким образом, для выполнения приведённых выше требований как прямой, так и обратный каналы в системах с кодовым разделением должны состоять из нескольких десятков отдельных независимых подканалов, работающих одновременно и синхронно на одной несущей. Независимость подканалов реализуется за счет применения ортогональных функций Уолша W (N), где N – общее число кодовых последовательностей в системе (размер матрицы Адамара). Так, для Североамериканской CDMA в диапазонах 800 МГц и 1,8 ГГц выбрана система W (64). Эти 64 канала под­разделяют на 55 каналов передачи данных (трафика), а также 9 каналов управления: 1 пилот-канал, 1 канал синхронизации и 7 служебных каналов (пейджинга). В стандарте указывается общее число каналов и их распределе­ние, а также номер последовательности, присвоенный определен­ному каналу. Номер обычно записан, как WJ. Все значения ниже приведены для этого стандарта. Система связи с кодовым разделением каналов требует быстрого и точного регулирования мощности мобильных абонентских радиостанций. Все пользователи сети связи работают одновременно и в одной полосе частот. Следовательно, сигналы, приходящие на антенну БС от АС, должны быть примерно одинаковой величины. В противном случае мощный сигнал от близкорасположенной мобильной радиостанции сделает невоз­можным прием сигналов от других радиостанций. В стандарте CDMA реализовано параллельно два механизма управления мощностью АС: пря­мое регулирование мощности и регулирование мощности в схеме с замкнутой петлей обратной связи. Прямое регулирование мощности АС осуществляется пу­тем непосредственного измерения мощности пилотного сигнала от БС, принимаемого данной АС. Поскольку в АС известна мощность пилотного сигнала непосредственно на выходе БС, то, вычисляя величину потерь мощности по трассе распространения, АС соответствующим образом устанавливает собственную мощность     Применение в CDMA функций Уолша   Управление мощностью АС в CDMA     Прямое управление мощностью  
Управление мощностью с обратной связью   5.3.2. Модель прямого канала     Нисходящая связь – downlink     и – синфазная и квадратурная компоненты излучения. Эта схема регулирования имеет постоянную времени порядка 30 мс и предназначена для компенсации медленных замираний в радиоканале. Недостаток схемы непосредственного регулирования мощности заключается в том, что условия распространения в прямом и обратном каналах в общем случае различны. При дуплексном разносе частот в 45 МГц быстрые замирания амплитуды сигнала в прямом и обратном каналах статистически независимы и поэтому не могут быть компенсированы в указанной схеме. Для точной установки мощности АС используется алгоритм регулирования мощности в схеме с замкнутой петлей связи с постоянной вре­мени 1,25 мс. БС, принимая сигнал от каждой АС, определяет уровень принимаемого сигнала и передает на АС команду на увеличение или уменьшение мощности излучения. Для ускорения процесса подстройки и снижения требований к точности измерения быстроизменяющейся мощности используется адаптивный алгоритм изменения мощно­сти АС. Этот алгоритм заключается в том, что БС в каждом временном слоте посылает команду на увеличение (уменьшение) излученной мощности на фиксированную величину. Это обеспечивает немедленное реагирование на быстрое изменение условий распространения в радиоканале; в уста­новившемся режиме выходная мощность мобильной радиостанции изменяется около среднего значения с шагом порядка 0,5... 1 дБ. Прямой канал нисходящей связи от базовой радиостанции к мобильной радиостанции включает один пилотный канал, один канал синхронизации и 62 канала трафика и пейджинга. Каналы трафика могут использоваться для передачи речи, цифровой информации или сигналов пер­сонального вызова. Общая структура передающего канала нисходящей связи показана на рис. 5.10. Для разделения каналов используются ортогональные функции Уолша , обладающие наилучшими корреляционными свойствами. После модуляции функциями Уолша производится расширение спектра передаваемого сигнала с помощью псевдо­случайной комплексной М-последовательности (скорость 1.2288 Мбит/с), обладающей наилучши­ми автокорреляционными свойствами. Модуляция М-последовательностью произво­дится в квадратурной схеме, так что на сумматор поступают I - и Q -компоненты сиг­налов, модулированные соответственно - и -компонентами  
Рис. 5.10. Структура прямого канала   кодовой последовательности. Суммирование сигналов всех каналов производится с весовыми коэффициентами, соответствующими необходимой мощности передачи в каждом канале. Квадратурный модулятор осуществляет перенос информационного низкочастотного сигналана несущую частоту. Пилотный каналобеспечивает непрерывную передачу базовой радиостанцией немодулированной несущей частоты, которая используется в мобильных радиостанциях для когерентной демодуляции информационного сигнала. Пилотный сигнал образуется умножением постоянного значения модулирующего сигнала на функцию Уолша W 0 (000...000, т. е. все нули). С целью компенсации потерь мощности сигналов при рас­пространении в многолучевом канале амплитуда пилотного сигнала на 3...4 дБ боль­ше, чем амплитуда сигналов в каналах трафика. Все базовые радиостанции используют одну и ту же функцию Уолша нулевого порядка для передачи несущей частоты. Для обеспечения синхронизации абонентской радиостанции сигналом конкретной базовой радиостанции пилот-сигналы различных базовых радиостанций имеют различный начальный сдвиг, кратность которого равна 64 символам. При использовании для расширения спектра сигнала короткой псевдослучайной М-последовательности длиной периода 215 возможное число различных пилотных каналов, которое может быть сформировано различными базовыми радиостанциями, равно 512. Этого количества более чем достаточно, так как нахождение абонентской радиостанции в зоне уверенного приема одновременно 512 базовых радиостанций совершенно   baseband – комплексная низкочастотная огибающая   Пилотный канал     Синхронизация в CDMA  
  Канал синхронизации   Выбор таких кодовых символов и такой функции Уолша обеспечивает максимальную (потенциаль-ную) точность синхронизации.   невозможно при самом маленьком размере сот. Для определения величины циклического сдвига пилот-сигналов в сети связи используется единое синхронизированное время, которое поддерживается системой спутниковой навигации GPS. Канал синхронизации(рис. 5.11) применяется в системе связи для тактовой синхронизации базовой и абонентской радиостанций. По сигналу синхронизации АС может определить системное время и сдвиг пилот-сигнала БС во время первоначального вхож­дения в систему. В качестве кодируемых данных на входе канала синхронизации выбрана чередующаяся последовательность 0 и 1, т. е. так называемый «меандр». Каналы синхронизации всех базовых радиостанций используют одну и ту же функцию Уолша W 32. Эта функция представляет также представляет собой периодическое следование -1 и 1. Для различе­ния каналов синхронизации различных базовых радиостанций в них применяется тот же циклический сдвиг начала псевдослучайной М-последовательности, который применяется и в пилотном канале. Рис. 5.11. Канал синхронизации Кроме тактовой синхронизации, канал синхронизации обеспечивает первоначальное установление контакта с сетью на основании передаваемой в канале информации: – данные для привязки к абсолютному времени в сети; – значения циклического сдвига расширяющей последовательности данной БС; – идентификатора БС; – указателя мощности сигнала в пилотном канале; – скорости передачи данных. Начальная скорость передачи в канале синхронизации 1200 бит/с. После сверточного кодирования с избыточностью 2 скорость возрастает до 2400 бит/с, после кодирования с повторением сигнал со скоростью 4800 бит/с подвергается операции интерливинга в пределах одного кадра длительностью 20 мс и умножается на функцию Уолша W 32. Его сигнал используется в качестве опорного для когерентной демодуляции остальных 63 каналов, а также для поиска новой БС, когда АС перемещается из одной облас­ти обслуживания в другую. Скорость передачи 19.2 кбит/с.  
Канал трафика,функциональная схема которого показана на рис. 5.12, предна­значен для передачи речевой информации или данных. Для преобразования речи в цифровую форму используется вокодер с переменной скоростью преобразования 8000, 4000, 2000 или 800 бит/с в зависимости от речевой активности абонента. Пере­дача речи с минимально возможной скоростью обеспечивает максимально достовер­ное ее восстановление в приемнике. При этом устанавливается скорость передачи данных 9600, 4800, 2400 или 1200 бит/с, которая удваивается после блочного кодиро­вания. При любой скорости передачи информации данные передаются кадрами (фреймами) дли­тельностью 20 мс каждый. Для выравнивания скорости передачи данных в пределах одного кадра используется устройство повторения данных. Это устройство обеспечивает постоянную скорость данных на выходе, равную 19 200 бит/с, путем двойного повторения символов при исходной скорости 9600 бит/с, четырехкратного повторе­ния символов при скорости передачи 4800 бит/с и т. д. Рис. 5.12. Канал трафика После интерливинга информационный сигнал с постоянной скоростью 19 200 бит/с умножается на персональную адресную последовательность. В отличие от пилотного канала и канала синхронизации канал трафика предназначен для пере­дачи информации конкретной АС, поэтому информационная последовательность должна содержать адрес абонента. Адрес абонента формируется путем умножения информационного сигнала на длинную М-последо-вательность (период повторения 242), которая известна только на базовой радиостанции и данной абонентской радиостанции. Умножение на персональную кодовую последовательность не только позволяет адресовать сигнал, но и является средством криптографи­ческой защиты передаваемой информации. После кодирования и формирования адреса информационного сигнала к нему добавляются биты, которые регулируют выходную мощность мобильной радиостанции таким образом, чтобы уровни Канал трафика  
  Каналы пейджинга служат для передачи такой информации к АС, которая не требует установления дуплексного соединения     5.3.3. Модель обратного канала   сигналов от всех мобильных радиостанций на при­емной антенне базовой радиостанции были примерно одинаковыми. Управление мощностью происходит с очень малой постоянной времени порядка 10 мс, поэтому биты управления мощностью не кодируются и не подвергаются интерливингу. После процедуры первоначального вхождения в связь и достижения тактовой синхронизации мобильная радиостанция управляется по каналу персонального вызова (пейджинга = оповещения). Каналом персонального вызова может быть назначен любой из 62 каналов трафи­ка, при этом суммарное число каналов персонального вызова не может превышать семи. Мобильная радиостанция настраивается на персональный канал либо сканируя по всем имеющимся каналам трафика, либо после получения указания по каналу синхронизации. В канале персонального вызова (пейджинга) передается следующая информация: – параметры сети; – параметры доступа; – список доступных каналов; – параметры каналов соседних базовых радиостанций. Функциональная схема канала персонального вызова в целом совпадает со структурой канала трафика за исключением добавочных битов управления мощностью. Скорость передачи в канале 4.8 или 9.6 кбит/с (по усмотрению оператора). Каналы пейджинга поддерживают АС, которые могут работать как в дис­кретном, так и в непрерывном режимах. АС в дискретном режиме периодически включают свой приемник для приема сигналов по каналам пейджинга. Интервал между включениями может состав­лять от 1.28 до 163.84 с. В прямом канале трафика организован подканал управления мощностью передатчика АС (обратного канала). Мощность АС по­стоянно измеряется на БС, и в прямом канале трафика каждые 1.25 мс передается 1 бит, который указывает АС увеличить (1) или снизить (0) на 1 дБ уровень мощности передатчика.   Обратный канал связи, отстоящий от прямого канала на 45 МГц, включает канал обратного трафика и канал обратного вызова (запросный канал). Канал обратного трафика обеспечивает передачу речевой информации от АС к БС. Канал обрат­ного вызова, функциональная схема которого показана на рис. 5.13, обеспечивает установление и поддержание сеанса связи.  
Рис. 5.13. Функциональная схема канала обратного вызова   Служебные данные, отражающие требование АС на установление канала связи или её ответ на требование установления канала связи с БС, со скоростью 4800 бит/с поступают на вход канала обратного вызова. После сверточного кодирования, кодирования с повторением и интерливинга данные со стандартной скоростью 28 800 бит/с посту­пают на модулятор для расширения базы сигнала. В АС одна и та же длинная кодовая М-последовательность длиной 242 с тактовой частотой 1,2288 Мбит/с используется и для расширения спектра сигнала, и для адресации АС. Все АС применяют один и тот же длинный код, но с различным циклическим сдвигом. Величина этого циклического сдвига и является адресом АС. Расширенный модулирующий сигнал поступает на высокочастотный квадратурный модулятор, который обеспечи­вает четырехуровневую сдвиговую QPSK-модуляцию несущей частоты. Функциональная схема обратного канала связи совпадает с функциональной схемой канала обратного вызова, изображённой на рис. 5.13. Разница только в том, что данные трафика могут поступать с переменной скоростью 1200, 2400, 4800 или 9600 бит/с. Соответственно устройство кодирования с повторением добавляет в поток данных различное количество символов, обеспечивая на своем выходе постоянную скорость данных 28 800 бит/с. Абонентская радиостанция не передает опорную немодулированную несущую частоту, поэтому в приемнике БС реализован некогерентный прием фазомодулированного сигнала АС. Обратные каналы – это композиция каналов доступа и каналов трафика. Поскольку на обратной линии не поддерживается синхронизация и не устанавливается системное время, то сигнал обратного канала не может приниматься на когерентный демодулятор. Модуляционные параметры для прямого и обратного кана­лов разные. На АС применена 64-кратная ортогональная модуляция. Используются 64 модуляционных символа – ортогональные функции Уолша Wk(64), каждая длиной 64 бита. В модуляторе блоку из шести кодовых символов ставится в   Циклический сдвиг кода – фаза кода – идентификация АС     Принципы формирования сигнала в обратномканале трафика    
  соответствие одна из функций Уолша. Пример такой замены показан в табл. 5.1. Другими словами, в обратном канале шесть кодовых символов образуют один модуляционный символ. Таблица 5.1 Соответствие шести кодовых символов и модуляционного символа
Кодовые символы Модуляционный символ
1 1 0 1 0 1 à 5310 W53(64)
1 0 1 1 1 0 à 4610 W46(64)

 

В каналах трафика скорость передачи цифрового сигнала на выходе речевого кодера может принимать одно из значений, указанных в табл. 5.2. Этот цифровой сигнал поступает на сверточный кодер, на выходе которого формируются кодовые символы с фиксированной скоростью передачи Вс = 9,6/ R = 28,8 кбит/с, где R­ – максимальный интервал дискретизации, равный 1/3 мс, соответствующий частоте 3 кГц. Минимальный интервал дискретизации на выходе речевого кодера в 8 раз меньше, что соответствует частоте 24 кГц. Если скорость входного сигнала ниже, чем 9,6 кбит/с, этот сигнал будет повторен несколько раз для того, чтобы скорость на выходе кодера поддерживалась постоянной.

Таблица 5.2

Соответствие скорости передачи символов на входе и выходе кодера

Скорость передачи символов на входе кодера, кбит/с 9,6 4,8 2,4 1,2
Число повторений в сверточном кодере Нет      
Скорость передачи кодовых символов на выходе сверточного кодера B c = 9.6/ R = 28.8 кбит/с

 

В каналах доступа каждый символ кода имеет фиксированную скорость передачи 4.8 кбит/с и он передается сам и еще повторяется, т. е. передается дважды. С выхода блока перемежения сигнал поступает на модулятор, который называется ортого­нальным 64-кратным модулятором. В нем кодовые символы заменяются на модуляционные, согласно табл. 5.1. Скорость передачи модуляционных символов В мс = 28.8·64/6 = 307,2 кбит/с. Далее выполняется расщепление модулирующих символов с помощью ПСП от генератора длинного кода. Каждый модулирующий символ расщепляется в отношении r = В г ·В мс =1,2288·0,3072 = 4.

  
Итак, каждый модулирующий символ передается в виде четырех элементов ПСП. Далее расщеплённые символы поступают на квадратурный фазовый модулятор. Сигналы разных АС отличаются друг от друга собственной фазой длинного кода, что позволяет БС на приеме разделить сигналы, принимаемые от разных АС. В отличие от прямой линии перекрывающиеся последовательности сигналов разных АС в обратной линии не ортогональны. В обратном канале (на АС) ортогональные функции Уолша используются для повышения помехоустойчивости связи, в отличие от БС, где они применяются для уплотнения каналов.   В составе пакета визуального моделирования Simulink имеется большой набор блоков, с помощью которых можно составлять структурные схемы моделей систем коммуникации и проводить их моделирование. Библиотека блоков может быть вызвана по команде commlib из командной строки. В её составе несколько десятков блоков, представленных в виде 12 наборов блоков обработки данных и дополнительного сервисного набора. Обработки и представления сигналов, выполняемые в этих блоках, на самом деле реализуются с помощью большого набора М-функций приложения Communicatoins Toolbox. Поэтому моделирование систем коммуникаций можно выполнять либо с помощью М-функций приложения (здесь больше возможностей для управления процессом моделирования), либо с помощью визуального (более наглядного) представления моделей в виде структурных схем, составленных из готовых блоков. Рассмотрим структуру модели системы IS-95A CDMA, составленную из блоков библиотеки Communications Blockset. На рис. 5.14 показана модель прямого канала IS-95A CDMA. Секция передатчика включает модели кодирования канала (CRC Generator – блок моделирования речи, Convolutional Encoder – свёрточный кодер, Repeater – повторитель, Interlevear – перемежитель, Scrambler – выравниватель), расширения спектра и модуляции (Spreading and Modulation), фильтрации (Transmit Filter) и среды распространения (Channel). Секция приемника включает модели фильтрации (Receive Filter), сжатия спектра и демодуляции (Rake Receiver) и декодирования канала (Descrambler – дескремблер, Deinterlevear – деперемежитель, Derepeater – деповторитель, Viterbi Decoder – декодер Витерби, Frame Quality Detector – речевой преобразователь).     5.4. Модель CDMA- системы IS-95A в MATLAB    
                   

Рис. 5.14. Блок-схема прямого канала IS-95A CDMA

 

 

На рис. 5.15 представлена блок-схема обратного канала IS-95A CDMA. Она включает многие из тех же блоков, которые использованы в прямом канале, но функциональные характеристики этих блоков соответствуют спецификациям обратного канала.

 

Рис. 5.15. Блок-схема обратного канала IS-95A CDMA

 

  Перемежение данных     Каждая блок-схема состоит из 15 блоков. Некоторые из них в той или иной мере были описаны ранее, как, например, блок моделирования радиоканала передачи Channel в предыдущей главе. Из впервые встретившихся появились согласованные пары блоков перемежения и выравнивания, характерные для систем коммуникации с кодовым разделением. Функции обработки битовых данных не так широко известны и требуют дополнительных пояснений. Блок перемежения (Interleaver) принимает ряд символов и перестраивает порядок их следования, не повторяя и не опуская любой из символов в наборе. Общее количество символов в каждом наборе считается неизменным. Алгоритм перестановки определяется одним из пяти способов, представленных в табл. 5.3. В стандартном алгоритме матрица перестановок задаётся пользователем, в остальных случаях она составляется по заранее определённому правилу и передаётся на приёмную сторону. Процедура самого перемежения и деперемежения во всех случаях одинакова.

 

 

Таблица 5.3

Варианты процедур перемежения

 

Применение перемежения уменьшает частоту появления пакетных ошибок, тем самым значительно снижая отрицательное воздействие кодирования данных (см. пример 4.3). Поэтому сложные виды кодирования почти всегда сопровождаются дополнительными операциями перестановки битов. Блок выравнивателя (Equalizer) предназначен для устранения межсимвольных интерференционных ошибок (ISI), вызванных различным временем прихода сигналов по отдельным путям их распространения в радиоканале. Например, в многопутевой окружающей среде рассеивания приемник видит отсроченные версии переданного символа большой мощности, которые могут столкнуться с другими переданными символами. Уравнитель пытается смягчить ISI и, таким образом, улучшить работу приемника. В пакете Communications Toolbox имеется ряд вариантов моделей выравнивателей, реализующих три вида обработки: – линейные выравниватели, основанные на линейных фильтрах; – выравниватели на основе обратной связи (DFE = Decision-feedback equalizers); – выравниватели, использующие последовательные оценки метода максимального правдоподобия (MLSE = Maximum-Likelihood Sequence Estimation). Самые простые – линейные ­– выравниватели можно схематично представить в виде линии задержки, которая хранит входной сигнал. В момент передачи символа взвешенная сумма значений линии задержки поступает на выход (рис. 5.16). В течение следующего периода следования символов происходит обновление весовых коэффициентов. Этот вид выравнителей называют выравнивателями «с разделёнными символами», потому что периоды следования символов T на входе и выходе выравнивателя равны.   Выравнивание радиоканала   Symbol-Spaced Equalizers
  Весовые коэффициенты в схемном решении определяются по специальным адаптивным алгоритмам. В типовом варианте настройка весов выравнивателя начинается с использования известной последовательности передаваемых символов (называется обучающей последовательностью), что позволяет выравнивателю собрать информацию о характеристиках канала передачи. После того как выравниватель закончит обрабатывать обучающую последовательность, настроенные веса изменяются по результатам передаваемого и принятого приёмником сигнала. Рис. 5.16. Схемное представление алгоритма линейного выравнивателя   Пример 5.1. Применение обучающей последовательности символов в выравнивателе. Обучающая последовательность в этом случае соответствует началу переданного сообщения. Пример показывает, сколько ошибок встречается в попытке определить переданное (модулированное) сообщение с выравнивателем и без него.   % Задание параметров канала и сигнала M = 4; % Размер алфавита для передачи msg = randint(1500,1,M); % Случайное сообщение modmsg = pskmod(msg,M); % Модуляция с использованием QPSK trainlen = 500; % Длина обучающей последовательности chan = [.986;.845;.237;.123+.31i]; % Параметры канала filtmsg = filter(chan,1,modmsg);% Включение рассеяния % Выравнивание переданного сигнала eq1 = lineareq(8, lms(0.01)); % Создание выравнивателя eq1.SigConst = pskmod([0:M-1],M); % Задание обработки сигнала [symbolest,yd]= equalize(eq1,filtmsg,modmsg(1:trainlen)); % Вывод сигнала на график h = scatterplot(filtmsg,1,trainlen,'bx'); hold on; scatterplot(symbolest,1,trainlen,'юля51.SigConst,1,0,'k*',h); legend('Filtered signal','Equalized signal',... 'Ideal signal constellation'); hold off;
% Вычисление уровня ошибок после выравнивания % Демодуляция невыровненного сигнала demodmsg_noeq = pskdemod(filtmsg,M); % Демодуляция обнаруженного сигнала после выравнивателя demodmsg = pskdemod(yd,M); [nnoeq,rnoeq] = symerr(demodmsg_noeq(trainlen+1:end),... msg(trainlen+1:end)); [neq,req] = symerr(demodmsg(trainlen+1:end),... msg(trainlen+1:end)); disp('Symbol error rates with and without equalizer:') disp([req rnoeq]) 0 0.3410 Результат моделирования показывает, что выравниватель значительно улучшает качество передачи сигнала по каналу с замираниями. В примере также строится диаграмма рассеяния (рис. 5.17) сигнала до и после выравнивания в виде «созвездия» QPSK-сигнала. Точки выровненного сигнала группируются более близко вокруг исходных точек «созвездия» сигнала.   Рис. 5.17. Графическое представление результатов моделирования блока выравнивателя   В командной строке набирается команда cdmalibv1p1 и появляется окно выбора моделей IS-95A CDMA (рис. 5.18). Окно содержит пять групп блоков: по две группы на прямой и обратный каналы для базовой (Base Station Transmitter и Receiver) и мобильной (Mobile Station Transmitter и Receiver) станций, а также группу общих блоков (Common). При нажатии мышью на выбранный жёлтый прямоугольник раскрывается окно с находящимися в нём соответствующими блоками, из которых составляется блок-схема модели подсистемы IS-95A. Например, при выборе первой группы     Результат выравнивания   Окружность около истинного положения содержит 90 % сигналов после выравнивания     5.4.1. Моделирование IS-95A CDMA  
    Зелёный прямоугольник (Base Station Transmitter) появляется окно, показанное на рис. 5.19, в котором находится пять блоков. С помощью контекстного меню можно вызвать просмотрщик моделей (Model Explorer), предоставляющий полную информацию о характеристиках моделируемого устройства (рис. 5.20). Рис. 5.18. Окно выбора блоков и демонстрационных примеров CDMA Рис. 5.19. Набор блоков прямого канала передачи данных Рис. 5.20. Просмотрщик моделей в Simulink (блок IS-95A Fwd Ch Base Station Transmitter Interface) В составе окна выбора блоков (см. рис. 5.18) имеется кнопка Demos для быстрого перехода к набору шести демонстрационных примеров (табл. 5.4). Эти примеры содержат блок-схемы моделей важнейших функций системы CDMA: передачи данных, модуляции и демодуляции и кодирования и декодирования в прямом и обратном
каналах. Самой крупной моделью является демонстрационная модель прямого канала передачи данных is95fwdendtoend2. Демонстрационные примеры могут быть первоначальным вариантом разработки более сложных или специализированных моделей систем связи с кодовым разделением каналов. Таблица 5.4 Демонстрационные примеры моделирования IS-95A Рассмотрим модель прямого канала передачи данных (трафика), представленную в виде блок-схемы на рис. 5.21. Блок формирования исходных данных (Data Source) состоит из большого количества блоков, имитирующих на выходных портах соответствующие сигналы. Входные данные (точнее, их модели) в стандартном блоке скремблирования (IS-95A Fwd Ch Scrembler) кодируются и передаются на блок расширения спектра и модуляции, в составе которого имеется стандартный блок IS-95A Fwd Ch Base Station Transmitter Interface. Модель излучённых в пространство сигналов создаётся на выходе БИХ-фильтра и через релеевскую модель канала связи и аналогичный БИХ-фильтр приёмника передаётся на стандартный блок детектирования IS-95A Fwd Ch Detector. После ограничения по уровню во вспомогательном блоке Pre-Processor Data образец принятого сигнала сравнивается с исходным сигналом в стандартном блоке Error Rate Calculation, результаты сравнения отображаются на трёхстрочном цифровом дисплее. Он показывает отношение (Bit Error Rate) числа ошибочно принятых бит (Number of Errors) к общему числу переданных бит (Numbers of Bits). Параметрами, определяющими уровень ошибок при передаче данных, являются параметры модели релеевского радиоканала с шумом (рис. 5.22, а, б). Эти параметры устанавливаются обычным в пакете Simulink образом: щёлкнув дважды мышью по блоку Multipath Rayleigh Fading модели релеевского радиоканала, получают   End-to-End – от начала до конца   Модель прямого канала   Модель запускается из командной строки по названию файлаis95fwdch-detection2.mdl   Стандартный блок Pulse Shaping Transmitter Filter входит в состав Communications Blockset
         

Рис. 5.21. Блок-схема модели прямого канала передачи данных IS-95A

 

  Модель обратного канала на экране окно установки параметров, изображённое на рис. 5.22, в. Аналогичным образом устанавливаются шумовые параметры модели радиоканала (рис. 5.22, г). При максимальной доплеровской частоте 175.92 Гц, трёхпутевом райсовском канале (задержка по второму пути составляет 2 мкс, по третьему пути – 14.5 мкс) и битовом отношении сигнал/шум 12 дБ (рис. 5.22, г) относительная частота битовых ошибок BER составляет величину порядка 1.7 %. Ошибка такой величины в прямом канале уже заметна при передаче данных по обратному каналу. Модель обратного канала передачи данных (трафика) показана на рис. 5.23. Её структура во многом совпадает со структурой модели прямого канала трафика. Существенные различия состоят в составе моделируемых сигналов мобильной станции, которых в обратном канале всего один – Raw Data. В блоке расширения спектра и модуляции Spreading and Modulation формируется модель излучённых в пространство сигналов и через релеевскую модель канала радиосвязи передаётся на модель приёмника базовой станции. Образец принятого сигнала сравнивается с исходным сигналом в стандартном блоке Error Rate Calculation, результаты сравнения отображаются на трёхстрочном цифровом дисплее. Модель реализована в виде файла is95revchdetection2.mdlи запускается из командной строки по названию файла.  


1 | 2 | 3 |

Поиск по сайту:

Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.014 сек.)