АЛГОРИТМ  АНАЛИЗА  СЕТЕЙ  СТАНДАРТА  IEEE   802.11N  В  СРЕДЕ  MATLAB  SIMULINK

Онянов  Дмитрий  Андреевич

аспирант,  Казанский  Национальный  Исследовательский  Технический  Университет  им.  А.Н.  Туполева  —  КАИ,  РФ,  г.  Казань

Е-mail :  msnjager@yahoo.com

ALGORITHM  FOR  IEEE  802.11N  STANDARD  SYSTEM  ANALYSIS  USING  MATLAB  SIMULINK

Onyanov  Dmitry

postgraduate,  Kazan  national  Research  Technical  University  named  after  A.N.  Tupolev   —  KAI,  Russia,  Kazan

АННОТАЦИЯ

Анализ  распространения  сигналов  в  телекоммуникационных  системах  требует  все  более  совершенное  оборудование,  позволяющее  в  режиме  реального  времени  оценить  характеристики  распространения  радиоволн,  обнаружить  «слабые  места»  системы  и  выдать  рекомендации  для  улучшения  качества  связи.  Альтернативой  вышеописанному  методу  служат  системы,  построенные  на  открытых  платформах,  которые  позволяют  производить  необходимые  замеры  без  использования  дорогостоящего  оборудования.  В  данной  статье  представлен  метод  анализа  сигнала,  работающего  по  стандарту  IEEE  802.11n  с  помощью  модели  Matlab  Simulink. 

ABSTRACT

Modern  signals  propagation  evaluation  in  telecommunication  systems  requires  more  sophisticated  equipment,  providing  real-time  measurements  of  radio  wave  performance,  explore  bottlenecks  of  each  system,  and  make  recommendations  for  improving  communication  quality.  The  best  alternative  of  described  above  method  are  systems  that  use  open-source  technologies  carrying  out  appropriate  measurements  without  expensive  technical  equipment. 

This  research  paper  assumes  scientific  method  for  signal  analysis  recorded  from  IEEE  802.11n  standard  equipment  using  Matlab  Simulink  model. 

Ключевые  слова:  телекоммуникации;  анализ  распространения  сигналов;  Matlab  Simulink.

Keywords:  telecommunications;  signal  propagation  analysis;  Matlab  Simulink.

В  настоящее  время  технологии  беспроводной  связи,  основанные  на  стандарте  IEEE  802.11n,  обрели  широкую  популярность  как  в  построении  корпоративных  сетей,  так  и  сетей  общего  пользования. 

Основными  преимуществами  802.11n  стали:  высокая  производительность  сети,  наличие  технологии  MIMO,  помехоустойчивость  и  стойкость  к  многолучевому  распространению  сигналов.  Кроме  того,  важную  роль  сыграла  обратная  совместимость  со  стандартами  802.11g  и  802.11а.  Тем  не  менее,  широкое  распространения  радиооборудования,  работающего  на  одних  и  тех  же  частотах  в  пределах  сравнительно  небольших  территорий,  поставило  важный  вопрос:  «Каким  образом  можно  быстро  и  качественно  осуществить  анализ  радио  сигналов,  чтобы  превентивно  обнаружить  недостатки  построения  сети  и  внести  необходимые  корректировки?» 

Одним  из  ответов  на  поставленный  вопрос  является  использования  аналитической  среды  Matlab  Simulink,  позволяющей  проводить  анализ  сигналов:  оценивать  параметры  SNR  (отношение  сигнал/шум),  PER  (процент  неправильно  принятых  пакетов),  проводить  сравнение  отправленных  и  принятых  информационных  пакетов,  детально  анализировать  процессы  распространения  сигнала  (при  использовании  модели  радиоканала  TGn  Channel  Model). 

В  качестве  оборудования,  осуществляющего  запись  радиосигналов,  использовался  универсальный  анализатор  радиосетей  Rohde&Shwarz  TSMW,  алгоритм  обработки  реализовывался  в  виде  модели,  созданной  в  аналитическом  пакете  Matlab  Simulink.  Структурная  схема  системы  на  базе  анализатора  радиосетей  R&S  TSMW  приведена  на  рис.  1.

Рисунок  1.  Структурная  схема  системы

R&S  TSMW  моделирует  передачу  радиосигналов  оборудованием,  работающем  на  стандарте  IEEE  802.11n,  которое  сразу  же  записывается  в  виде  .DAT  файла.  Внешний  вид  системы  представлен  на  рис.  2.

Рисунок  2.  Внешний  вид  системы

После  записи  .DAT  файла,  он  открывается  в  программе  TSMW  MatlabDemo  IQ  для  его  последующей  конвертации  в  файл  формата.  mat,  что  позволяет  использовать  его  в  среде  Matlab  Simulink.  Кроме  того,  программа  позволяет  определить  частоту  дискретизации  f_д  исходного  сигнала,  которая  будет  использована  в  процессе  декомпозиции  принятого  сигнала. 

Вышеописанный  способ  позволяет  записать  и  представить  в  виде  исходного.  mat  файла  аналог  сигнала,  передаваемого  реальным  оборудованием  в  существующих  системах,  а  значит  может  применяться  повсеместно. 

Далее  записанные  сигналы  представляются  в  виде  входных  данных  приемной  части  стандарта  IEEE  802.11n,  в  которой  и  осуществляется  процесс  декомпозиции  сигнала.  Во  время  приема  исходных  информационных  пакетов  мы  можем  изменять  количество  приемо-передающих  антенн  (MIMO)  для  оценки  помехоустойчивости  и  производительности  системы.  Кроме  того,  система  по  заданному  алгоритму  производит  синхронизацию  в  системе,  что  позволяет  по  пилот-последовательностям  точно  определить  начало  передачи  информационного  сообщения.  Модель  приемной  части  представлена  на  рис.  3.

Рисунок  3.  Приемная  часть  IEEE   802.11n

Для  отслеживания  правильности  процесса  синхронизации  системы,  выделение  пилот-тона  сигналов  выводится  на  осциллограф  (рис.  4). 

Рисунок  4.  Выделение  пилот-тона  сигнала  на  осциллограф

Как  результат,  на  выходе  системы  мы  получаем  записанный  файл  с  исходными  демодулированными  последовательностями,  которые  изначально  формировал  универсальный  анализатор  радиосетей  Rohde&Shwarz. 

Имея  исходные  и  полученные  после  обработки  в  системе  данные,  мы  можем  сделать  следующие  выводы:

·     Оценить  уровень  PER  (%),  процента  неправильно  принятых  информационных  пакетов  при  условии  использования  модели  канала  с  заданными  характеристиками. 

·     Определить  соотношение  сигнал/шум  (SNR)  в  системе  для  заданных  параметров. 

·     Сравнить  зависимость  помехоустойчивости  системы  от  выбранных  типов  модуляции,  количества  приемо-передающих  антенн  (MIMO).

·     Проанализировать  воздействие  оборудования,  работающего  на  смежных  частотах,  на  нашу  систему  путем  добавления  каналов  с  неинформационными  типами  данных. 

·     Эмпирическим  путем  найти  оптимальные  характеристики  для  работы  оборудования  в  указанной  территориальной  зоне. 

  Использование  аналитических  моделей,  построенных  в  среде  Mаtlab  Simulink,  помогают  эффективно  проводить  анализ  сетей  стандарта  IEEE  802/11n,  оперативно  решать  возникающие  проблемы,  проявляемые  при  построении  сети,  и  выдавать  рекомендации  по  улучшению  ее  производительности.  Вышеописанный  метод  подходит  для  анализа  работоспособности  сети  стандарта  IEEE  802.11n  без  привлечения  дорогостоящего  оборудования,  а,  значит,  он  может  широко  применяться  специалистами  и  радиолюбителями. 

Список  литературы:

1.IEEE  Standard  for  Information  Technology  —  Telecommunications.  Specific  requirements.  Part  11:  WLAN  MAC  and  PHY  Specifications.  NY,  USA:  IEEE  press,  2009.  —  502  p.

2.Designing  and  developing  802.11n  Wireless  Networks.  —  In.,  USA:  CISCO  press,  2010.  —  499  p.