Транспортные и мультисервисные системы и сети связи.-5
.pdfРис. 7.29. Сигнал, декодированный мобильной станцией, на I-Q диаграмме.
Исследование модели
В блоке Model Parameters во вкладке Channel Settings выберем Channel Model: No Channel.
Результат моделирования:
Рис. 7.30. Спектр сигнала сгенерированного базовой станцией
232
Рис. 7.31. Сгенерированный базовой станцией сигнал на I-Q диаграмме.
Рис. 7.32. Спектр сигнала после канала
233
Рис. 7.33. Сигнал, декодированный мобильной станцией, на I-Q диаграмме
Видно, что спектр сигнала не изменился, так как в канале не было потерь. По результатам моделирования BER равен нулю.
В блоке Model Parameters во вкладке Channel Settings выберем Channel Model: AWGN
Channel.
Рис. 7.34. Спектр сигнала до и после канала при отношении сигнал/шум 5 дБ
234
Рис. 7.35. Сигнал, декодированный мобильной станцией, на I-Q диаграмме.
Рис. 7.36. Зависимость BER от SNR в канале с шумами.
Таблица 7.1. Зависимость BER от SNR в канале с шумами.
SNR |
-30 |
-25 |
-20 |
-15 |
-10 |
-5 |
|
|
|
|
|
|
|
BER |
0,4814 |
0,4662 |
0,2186 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
В блоке Model Parameters во вкладке Channel Settings выберем Channel Model: Multipath
Fading Channel.
И установим следующие параметры
235
Рис. 7.37. Заданные параметры канала с многолучевым распространением.
Рис. 7.38. Спектры сигнала до и после канала при отношении сигнал/шум 5 дБ.
Рис. 7.39. Сигнал, декодированный мобильной станцией, на I-Q диаграмме.
Рис. 7.40. Зависимость BER от SNR в канале с многолучевым распространением.
Таблица 7.2. Зависимость BER от SNR в канале с многолучевым распространением
SNR |
-30 |
-25 |
-20 |
-15 |
-10 |
-5 |
|
|
|
|
|
|
|
236
BER |
0,4708 |
0,4637 |
0,1105 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
В блоке Model Parameters во вкладк*е Channel Settings выберем Channel Model: Multipath Fading Channel.
И установим следующие параметры
Рис. 7.41. Заданные параметры канала с многолучевым распространением
Рис. 7.42. Спектры сигнала до и после канала при отношении сигнал/шум 5 дБ
237
Рис. 7.43. Сигнал, декодированный мобильной станцией, на I-Q диаграмме
Таблица 7.3. Зависимость BER от SNR в канале с многолучевым распространением
SNR |
-30 |
-25 |
-20 |
-15 |
-10 |
-5 |
|
|
|
|
|
|
|
BER |
0,5007 |
0,4657 |
0,1532 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 7.44. Зависимость BER от SNR в канале с многолучевым распространением Таким образом, в разделе было сделано:
Проведен аналитический обзор существующих методов и средств систем мобильной связи с кодовым разделением канала CDMA;
Разработана структурная схема DownLink канала CDMA2000 и приведена в приложении
Б;
Приведена модель DownLink канала CDMA2000 реализованная в MATLAB R2015b;
238
Приведено исследование данной модели, а также методика проведения исследования,
представленная в приложении А. Данную методику можно использовать для проведения учебных лабораторных работ.
На основе проведенного исследования можно сделать следующие выводы:
Система мобильной связи CDMA2000 обладает рядом преимуществ: возможность декодировать сигналы при отношении сигнал/шум меньше единицы, т.е. уровень передаваемого сигнала ниже уровня шума, что делает сигнал скрытным, а значит более защищенным.
Формируемый сигнал возможно принять и декодировать без ошибок даже при наличии многолучевости, однако при большом Доплеровском отклонении частоты и больших задержках, например, 1МГц и 1 мкс ошибки будут даже при высоком отношении сигнал/шум, например, 40 дБ. Но такие плохие характеристики канала довольно редки.
Для большей защищенности в аппаратуре стандарта CDMA длинный код формируется в результате нескольких последовательных логических операций с псевдослучайной двоичной последовательностью, генерируемой в 42-разрядном регистре сдвига, и двоичной 32-битовой маской, которая определяется индивидуально для каждого абонента. Такой регистр сдвига применяется во всех базовых станциях этого стандарта для обеспечения режима синхронизации всей сети. Длина М-последовательности при этом составляет 4 398 046 511 103 бит и если ее элементы формируются с тактовой частотой, например, 450 МГц, то период повторения будет составлять 9773,44 с= 2 ч 43 мин. Это значит, что если даже удастся засинхронизировать приемник в случае несанкционированного перехвата, то чтобы определить структуру сигнала-носителя необходимо вести наблюдение в течение почти 3-х
часов, а с применением индивидуальной 32-битовой маски 'подслушивание" практически исключено.
|
Таблица 7.4. Характеристики CDMA2000 |
|
|
|
|
Характеристика |
Значение |
|
|
|
|
Базовая cкорость передачи данных в |
9.6 кбит/c |
|
канале |
|
|
|
|
|
Длительность пакетов, на которые |
20 мс |
|
разбивается базовый поток |
|
|
|
|
|
Цифровая модуляция DownLink |
QPSK |
|
|
|
|
Цифровая модуляция UpLink |
OQPSK |
|
|
|
|
Размер матрицы Адамара |
64х64 |
|
|
|
|
Разрядность регистра сдвига для |
42 |
|
|
|
|
|
239 |
формирования длинного кода |
|
|
|
|
|
Длина M-последовательности длинного |
4 398 046 511 103 |
|
кода |
|
|
|
|
|
Количество |
бит в индивидуальной |
32 |
маске пользователя |
|
|
|
|
|
Разрядность |
регистра сдвига для |
15 |
формирования короткого кода |
|
|
|
|
|
Длина M-последовательности короткого |
32768 |
|
кода |
|
|
|
|
|
Частота среза КИХ-фильтра |
615 кГц |
|
|
|
|
Методика проведения измерений работы:
Запустить MATLAB R2015b от имени администратора;
В командной строке ввести команду «cdma2000SimulinkExample»;
Два раза кликнуть левой кнопкой мыши по блоку Model Parameters;
Во вкладке Channel Settings выбрать Channel Model: No Channel;
Два раза кликнуть левой кнопкой мыши по блоку Open Scopes;
Запустить моделирование;
После отображения всех графиков сохранить полученные данные и убедиться, что спектр сигнала, до и после канала, не изменился;
Не закрывая окна с графиками два раза кликнуть левой кнопкой мыши по блоку Model
Parameters;
Во вкладке Channel Settings выбрать Channel Model: AWGN Channel и изменяя значение отношения сигнал/шум построить зависимость BER от SNR, и сохранить полученные диаграммы хотя бы для одного измерения;
Не закрывая окна с графиками два раза кликнуть левой кнопкой мыши по блоку Model
Parameters;
Во вкладке Channel Settings выбрать Channel Model: Multipath Fading Channel и изменяя значение отношения сигнал/шум построить зависимость BER от SNR, и сохранить полученные диаграммы хотя бы для одного измерения;
Не закрывая окна с графиками два раза кликнуть левой кнопкой мыши по блоку Model
Parameters;
Во вкладке Channel Settings изменить параметры доплеровского отклонения частоты
(Maximum Doppler Frequency shift), вектора задержки (Multipath Profile – Delay Vector),
240
вектора усиления (Multipath Profile – Gain Vector) и повторить пункт 11. Длины векторов задержки и усиления должны совпадать.
7.3. Системы мобильной связи стандарта
IЕЕЕ 802.11 (WiFi)
На современном этапе развития сетевых технологий, технология беспроводных сетей Wi-
Fi является наиболее удобной в условиях, требующих мобильность, простоту установки и использования. Как правило, технология Wi-Fi используется для организации беспроводных локальных компьютерных сетей, а также создания так называемых горячих точек высокоскоростного доступа в Интернет.
Беспроводные сети обладают, по сравнению с традиционными проводными сетями,
немалыми преимуществами, главным из которых, конечно же, является:
Простота развёртывания;
Гибкость архитектуры сети, когда обеспечивается возможность динамического изменения топологии сети при подключении, передвижении и отключении мобильных пользователей без значительных потерь времени;
Быстрота проектирования и реализации, что критично при жестких требованиях к времени построения сети;
Вто же время беспроводные сети на современном этапе их развития не лишены серьёзных недостатков. Прежде всего, это зависимость скорости соединения и радиуса действия от наличия преград и от расстояния между приёмником и передатчиком. Один из способов увеличения радиуса действия беспроводной сети заключается в создании распределённой сети на основе нескольких точек беспроводного доступа. При создании таких сетей появляется возможность превратить здание в единую беспроводную зону и увеличить скорость соединения вне зависимости от количества стен (преград). Аналогично решается и проблема масштабируемости сети, а использование внешних направленных антенн позволяет эффективно решать проблему препятствий, ограничивающих сигнал.
Всоответствии с техническим заданием основными задачами данной работы являлись:
1.Аналитический обзор существующих методов и средств;
2.Разработка структурной схемы программного комплекса;
3.Разработка алгоритма программы;
4.Разработка программного интерфейса для исследования характеристик и визуализации основных преобразований;
5.Разработка методики и проведение исследования основных технических характеристик,
анализ результатов исследования.
241