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 f_k(t) = a_ksin[2π(f₀ + kΔf)t + ф_k], 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)=∑C_ke^j2π(f₀^+kΔf)t (по k от -26 до 26),

гдеC_k - 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

Т_F = 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 Т_F = 0,8 мкс. Следовательно, длительность всего символа T_S = T_GI + Т_F = 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 x_i соответствует пара бит (y_i, z_i). Значения скорости кодирования, отличные от 1/2,

получа­ются путем исключения из выходной последовательности отдельных значений y_i или z_i (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 амплитудC_k.

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

Сформированный OFDM-символ подвергается обратному быст­рому преобразованию Фурье (ОБПФ), в результате чего формируют­ся выходные синфазный и квадратурный сигналы. К ним добавляет­ся защитный интервал, после чего происходит окончательное формирование аналогового сигнала Дальнейшая обработка стандартна - квадратурный модулятор, гетеродин для переноса сигнала в задан­ную область (если это необходимо) и выходные усилители. Если используется гетеродин, в формуле

f₀ = 0. В приемнике пре­образования выполняются в обратном порядке.