МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ТЕСТИРОВАНИЯ АТМОСФЕРНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ (АОЛС) С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДЫ MATLAB

Михайлов И.В., Краснокутский В.А.
Донецкий национальный технический университет

Доклад на региональной студенческой конференции, ДонНТУ, 2006г.

В докладе [1] рассмотрена проблема эффективного использования АОЛС в качестве каналообразующего оборудования вычислительных сетей и сетей связи. Была разработана и реализована тестовая АОЛС (скорость 115Кбит/c, дальность связи более 130м, мощность излучателя менее 1 мВт, спектр – видимый красный). Т.о. появилась возможность проведения экспериментов и накопления статистических данных и возникла необходимость в их анализе. Была разработана методика проведения комплексных исследований с использованием среды Matlab. Методика включает:

• Разработку в пакете Simulink модели передатчика и приемника АОЛС и модели среды передачи.
• Проведение серии экспериментов по определению оптимальных параметров схем передатчика и приемника АОЛС.
• Реализация в Matlab кодера и декодера для помехоустойчивого кодирования. Проведение эксперимента для определения оптимальных параметров помехоустойчивого кодирования с использованием Simulink-модели АОЛС.
• Проведение эксперимента для определения оптимальных параметров помехоустойчивого кодирования с использованием реальной АОЛС.

Рассмотрим подробнее.

Шаг 1.  Разработанная Simulink-модель АОЛС включает три функциональных блока: модулятор, среду передачи и демодулятор. Модулятор преобразует входной дискретный двухуровневый электрический сигнал в аналогичный световой (два уровня: есть свет / нет света).
В модуле среды передачи к полезному сигналу добавляется ряд помех различной амплитуды и частоты. Возникающие в атмосфере виды оптических помех подробно изложены в [2].
Демодулятор представляет собой сложною структуру и, фактически, от его параметров зависит помехоустойчивость всей АОЛС (на данном этапе помехоустойчивого кодирования не производится, а подавление помех осуществляется только за счет аналоговых фильтров). Сигнал проходит следующую цепочку элементов:

• Аттенюатор и фильтр низких частот для моделирования фотодиода
• Умножитель, фильтр низких частот и элемент, “обрезающий” значения сигнала, превышающие по модулю некоторую величину (±6В, т.к. питание осуществляется от 12В) – модель усилителя
• Фильтр высоких частот – в сочетании с фильтром низких частот усилителя позволяет выделить только частоты, соответствующие фронту информационного сигнала – это существенно повышает помехоустойчивость
• Тригер Шмидта для фиксации уровня сигнала. С него сигнал подается на выход демодулятора.

Шаг 2. Используя данную модель можно определить оптимальные параметры фильтров демодулятора. Для этого строится матрица, в которой строки представляют собой все возможные наборы параметров фильтров. Генерируется вектор X передаваемых данных. Для каждого набора параметров вектор X “передается” через Simulink-модель, в результате получаем вектор переданных данных Y. Вектора X и Y сравниваются с помощью функции symerr, которая возвращает количество ошибочных бит при передаче для каждого набора параметров. Очевидно, оптимальным будет набор, для которого количество ошибок минимально.

Шаг 3.  Выполняется аналогично шагу 2, но перед передачей и после приема данные кодируются/декодируются с помощью функций encode и decode. Подбираются оптимальные параметры помехоустойчивого кодирования. Показателем недостаточной эффективности кроме количества неисправленных ошибок служит падение пропускной способности канала за счет избыточности кода. Методики создания моделей кодера и декодера описаны в [3].

Шаг 4.  Все действия выполняются аналогично шагу 3, но вектор передаваемых данных не “пропускается” через Simulink-модель АОЛС, а передается в COM-порт, к которому подключена реальная АОЛС. Данные передаются на другой терминал АОЛС, который тут же возвращает их назад. Вектор принятых данных читается из COM-порта. Так как в этом случае для проверки качества передаваемых данных используется реальная АОЛС, а не ее модель, это позволяет наиболее точно оценить эффективность различных алгоритмов помехоустойчивого кодирования. Следует учесть, что при такой схеме эксперимента данные через атмосферу передаются два раза.

Литература

1. Михайлов И.В., Орлов Д.Ю. АТМОСФЕРНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ СВЯЗИ (АОЛС) С ПОВЫШЕННОЙ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬЮ. "Информатика и компьютерные технологии", Донецк, 2005

2. Зуев В.Е. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере. М.:Советское радио, 1970.

3. Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов. — СПб.: Питер, 2002.