Метод разнесённого приёма в системах широкополосного доступа Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

кационные технологии. - 2009. - Т.7, № 2. -С. 79-82.

3. Назаров, С. И. Применение динамического программирования при распределении пространственного ресурса радиосвязи декаметрового диапазона / С. Н. Назаров // Инфоком-муникационные технологии. - 2007. - Т.5, № 2-С. 70-74.

4. Вишневский, В. М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей / В. М. Вишневский. - М. : Техносфера, 2003.-512с.

5. Клейнрок, Л. Вычислительные сети с очередями / Л. Клейнрок; пер. с англ. - М. : Мир, 1979.-600 с.

6. Зайченко, Ю. П. Структурная оптимизация

сетей ЭВМ / 10. П. Зайченко, 10. В. Гонта. - Киев : Техника, 1986. - 168 с.

7. МАТЬАВ в инженерных и научных расчётах / А. Ф. Дащенко и др. - Одесса : Астропринт, 2003,- 214 с.

8. Коршунов, 10. М. Математические основы кибернетики : учеб. пособие для вузов / Ю. М. Коршунов. — М. : Энергоатомиздат, 1987. -496 с.

Назаров Сергей Николаевич, докторант кафедры «Телекоммуникации» УлГТУ. Назаров Артём Сергеевич, курсант У ВАУ ГА.

УДК 621.391

А. А. ШАГАРОВА

МЕТОД РАЗНЕСЕННОГО ПРИЕМА В СИСТЕМАХ

ШИРПКГИПП ТТПГНПГП nnrTVTT А ЯП7 11 8П? 1 й

Рассматриваются основные методы разнесённого приёма в системах широкополосного доступа. Ключевые слова: аддитивный шум, разнесённый приём, широкополосный доступ.

Введение

Под широкополосным доступом обычно понимается организация скоростного канала (чаще дуплексного или полудуплексного) до нескольких Мбит/с от абонента к какому-либо публичному ресурсу, например публичной сети (интернет, ТфОП и т. д.). Также очень важно, что широкополосный доступ обеспечивает абоненту интеграцию всевозможных услуг (интернет, специализированные данные, видео, голос и т. д.).

В настоящее время широко внедряется система ШПД на основе стандарта ШЕЕ 802.11 IEEE 802.16. В сетях широкополосного доступа в качестве элементов разнесённого приёма используют такие способы, как:

- технология OFDM, основное преимущество данной технологии заключается в том, что она позволяет реализовать высокую скорость передачи данных, обладает высокой спектральной эффективностью и создаёт предпосылки для эффективного подавления такого паразитного яв-

5 Шагарова А. А., 2010

ления, как многолучевая интерференция сигналов, возникающая в результате многократных отражений сигала от естественных преград, в результате чего один и тот же сигнал попадает в приёмник различными путями;

- технологии М1МО преследуют две цели -повышение надёжности приёма/передачи и обеспечение связи по пространственно разделённым каналам. В первом случае используется так называемый пространственно-временной блоковой код, повышение скорости передачи происходит за счёт сокращения проверочных последовательностей и уменьшения защитных интервалов;

- МеБЬ-сети - новый перспективный класс широкополосных беспроводных сетей передачи мультимедийной информации, который находит широкое применение при построении локальных и распределённых городских беспроводных сетей, при разворачивании мультимедийных сенсорных сетей и т. д.;

- адаптированные антенные системы - это системы с секторными направленными антеннами, т. е. антенные системы с несколькими антенными элементами [1].

Анализ методов разнесённого приёма в системах широкополосного доступа

Стандарт IEEE 802.11 предназначен для дальнейшего расширения диапазона скоростей передачи данных - до 100 Мбит/с и выше. Увеличение скорости передачи данных в проекте IEEE 802.1 In базируется на двух физических принципах - удвоении полосы пропускания канала с 20 до 40 МГц и введении дополнительных антенных каналов приёма-передачи (технология многоканальных антенных систем MIMO).

Структурная схема реализации технологии MIMO стандарта IEEE 802.1 In показана на рисунке 1. Согласно схеме, данные после скремб-лирования поступают на свёрточный кодер -предусмотрено применение блокового кодера LDPCC (Low density parity check codes). Кодированный поток битов разбивается на пространственные (пространственно-разделённые) потоки (spatial streams). Число таких потоков Nss не может быть меньше, чем число антенных каналов в передатчике Njx- Выходная последовательность разбивается на группы длиной

Nss -1

s= XS(iss), (i)

>ss

где S(iss) - max(l,NBPSC(iss )/ 2) - число битов, определяющих действительную или мнимую составляющую комплексного модуляционного символа на одной поднесущей,

NBPSC(iss)- числ0 битов на одном OFDM -

символе [2].

Группы длиной S последовательно распределяются между Nss пространственных потоков. В каждом потоке происходит перемеживание битов, аналогично IEEE 802.11а. Если использовано более одного пространственного потока, осуществляется частотная ротация, которая описывается выражением r={j [2issmod3+

+3 floor(iss/3)]. NTol -Nbpsc}.* Nbpso

где j - индекс бита после второй стадии перестановок; iss - номер пространственного канала; Nrot принимает значения 11 и 29 для 20 и 40 МГц каналов соответственно.

Применение технологии позволяет повысить надёжность приёма-передачи и обеспечить связь по пространственно разделённым каналам (SDM - spatial division multiplexing) [2].

Mesh-cera - новый перспективный класс широкополосных беспроводных сетей передачи мультимедийной информации, который находит широкое применение при построении локальных и распределённых городских беспроводных сетей.

(2)

ь.

Анто»»«о

1 Аиаткхов!— «1 ВЧ-пр-ьобра.

1

Anttwo 2

РО\ЦНГУ4ЫХ

ниг^роаюл

г

Задержка

Г I ~ ' ОБЛ<5>

[ Амо/хэговью Иг вЧ-пр*обро.

•OOOwe

_1

А«тл~«о 3

рс—

ро] g

| Аисинхо&ый н]

ВЧ-пр©о6ра

Антли«о 3

А>ч0^0С0^»*е I

ВЧ-првобро-

Залорапео

До

м*^Гер«ОЛОО

т

Задержка

ОБЛФ

X

>

ОБЛФ

ОБЛФ

Фор**64рОООТ«#» простро»»су»о« И to-сдоидехде потоло*

STBC

Рис. 1. Структурная схема, реализующая технологию MIMO согласно стандарту IEEE 802.1 In

Одним из главных принципов их построения является самоорганизация архитектуры. Он же обеспечивает такие возможности, как реализация топологии сети «каждый с каждым»; устойчивость сети при отказе отдельных компонентов; маштабируемость сети, увеличение зоны информационного покрытия в режиме самоорганизации, динамическую маршрутизацию трафика, контроль состояния сети и т. д. В существующих сетях стандарта 802.11 терминальные (абонентские, конечные) станции (STA) связаны с точками доступа (Access Point-AP) и могут взаимодействовать только с ними. АР имеют выход в другие сети, но не могут обмениваться информацией друг с другом. В mesh-cera, помимо терминальных станций и точек доступа, присутствуют особые устройства - узлы mesh-сети (Mesh Point-МР), способные взаимодействовать друг с другом и поддерживать mesh-службы (рис. 2).

Внешняя сеть

Mesh-портал

Mesh-узел

Mesh- у

соединение *

. _________

t:

Совмещенный mesh-узе л и точка доступа

* *s.

STA

STA

£

Станции, не поддерживающие mesh

Рис. 2. Архитектура mesh-сети

В mesh-ссти широковещательные пакеты запроса проходят до получателя по множеству путей через различные узлы. При этом они могут начать передаваться по замкнутым маршрутам (циклам), не единожды проходя через какой-либо узел. Чтобы избежать такой ситуации, используется порядковый номер запроса. В стандарте IEEE 802.11s он именуется порядковым номером назначения (Destination Sequence Number), что-вносит путаницу. Кроме DSN, стандарт оперирует понятием DSN инициатора (поиска пути) - Originators DSN (OSN). Именно этот параметр и служит порядковым номером при рассылке пакетов поиска пути. В mesh-сети нет понятия восходящих/низходящих каналов. Весь обмен происходит посредством кадров. Станции передают сообщения либо в отведённые им временные интервалы (в соответствии с предшествующим назначением каналов), либо на основе конкурентного доступа. Каждый узел имеет уникальный 48-разрядный МАС-адрес. Кроме того, для идентификации внутри mesh-сети станциям присваивается 16-разрядный сетевой идентификатор. Каждый узел постоянно хранит список данных обо всех своих соседях (с указа-

• • ________ _ _ V/

НИ СМ уДаЛсННОСТИ, ССКлОра ДЛЯ НаПравлсННОИ

антенны, примерной необходимой мощности передатчика для связи, задержки распространения сигнала и т. п.) и транслирует его в сеть с заданной периодичностью. На основании совокупности этих списков от каждого из узлов и происходит управление сетью [3].

Важнейшая особенность стандарта IEEE

802.16, принципиально отличающая его от стандартов IEEE 802 a/b/g, - эго наличие встроенных средств поддержки адаптивных антенных систем (A AS). A AS - это системы с секторными направленными антеннами (метод формирования диаграмм направленности антенн в стандарте не оговаривается), т. е. антенные системы с несколькими антенными элементами. Применение AAS существенно увеличивает потен 1альную ёмкость сети стандарта IEEE 802.16, поскольку в разных секторах базовой станции воз южна работа в одних и тех же каналах. Направленные антенны позволяют существенно уменьшить общую излучаемую мощность. В результате снижается и межканальная интерференция. Не менее важно применение многоэлементных антенных систем для улучшения прохождения сигналов в каналах с замираниями, так называемых методов пространственно-временного кодирования (разнесения).

Поддержка ASS в спецификации IEEE 802.16 означает модификацию протоколов на физическом и МАС-уровнях, наличие специальных управляющих и контролирующих сообщений для работы с адаптивными антеннами. Стандарт допускает в рамках одного кадра транслировать как ненаправленный, так и направленный (посредством AAS) трафик (рис. 3). В режиме AAS возможны два механизма назначения канальных ресурсов - сканирование карт (Diversity-Мар Scan) и прямая сигнализация (Direct Signaling).

DL-субкадр

UL-субкадр

Обычная Заго- «Ненаправ- AAS-преам- AAS «Ненаправ- AAS *

преамбула ловок ленные» пакеты була V DL-зона ленные* пакеты U L-зона і

Рис. 3. Структура кадров с зоной AAS

Т

1

Данные

Антенна О

Антенна 1

Рис. 4. Метод пространственно-временного кодирования по схеме MISO

Ещё одна важная особенность применения многоэлементных антенных систем - это возможность использовать пространственно-временное разнесение передающих каналов (Space-Time Coding, STC) для улучшения прохождения радиосигналов. Идея метода - разнести, пространственно и во времени, источник одного и того же сигнала, т. е. несколько изменить условия его прохождения. Вероятность безошибочного- приёма такого сигнала (после соответствующей первичной обработки в приёмнике) существенно возрастает [4].

На рисунке 4 показана схема, реализующая пространственно-временное разнесение на основе стандарта IEEE 802.16. Согласно схеме, выходной поток символов разбивается на два (например, чётные и нёчетные символы), которые формируются параллельно.

В передатчике используются два антенных канала, действующих параллельно и использующих общий тактовый генератор (что обеспечивает синхронность). Таким образом, реализуется схема канала MISO (Multiple Input Single Output) - несколько входов и один выход (по отношению к каналу) [21.

Заключение Таким образом, разнесённый приём в широкополосном доступе вызвал использование новых методов разнесённого приёма с одного источника на многие каналы, это позволит снизить

требования к значениям отношения мощности сигнала и помехи в два раза при двукратном разнесении для достижения требуемого значения битовой ошибки на приёме.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ипатов, В. П. Системы мобильной связи / В. И. Ипатов, В. К. Орлов, И. М. Самойлов, В. Н. Смирнов. - М. : Горячая линия - Телеком, 2003.

- 272 с.

2. Вишневский, В. М. Энциклопедия \ViMAX. Путь к 4в / В. М. Вишневский, С. Л. Портной, И. В. Шахнович - М. : Техносфера, 2009. - 472 с.

3. Вишневский, В. М. Широкополосные беспроводные сети передачи информации / В. М. Вишневский, А. И. Ляхов, С. Л. Портной, И. В. Шахнович. - М.: Техносфера, 2005. - 592 с.

4. Шахнович, И. В. Современные технологии беспроводной связи / И. В. Шахнович. - М. : Техносфера, 2006. - 288 с.

Шагарова Anna Аіександровпа, аспирант кафедры «Телекоммуникации» УлГТУ.