ДонНТУ   Портал магістрів

Остапенко Олександр Ігорович

Факультет комп’ютерних інформаційних технологій та автоматики

Кафедра автоматики і телекомунікацій

Спеціальність Телекомунікаційні системи та мережі

Структурно-алгоритмічний синтез мультистандартного приймача на базі SDR та його дослідження

Науковий керівник: д.т.н., проф. Воронцов Олександр Григорович

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Актуальність теми
• 2. Постановка мети і задач дослідження
• 3. Рішення задач і результати досліджень
• Висновки
• Перелік посилань

Вступ

В останні роки спостерігається тенденція зростання мобільного трафіку в області відео і даних[1]. Згідно з дослідженнями WWRP (Wireless World Research Forum) очікується, що в 2015 році обсяг трафіку по всьому світу складе 23 екзабайта, це аналогічно тому, що 6,3 мільярда людей будуть скачувати щодня по одній цифровій книзі [2].

Сьогодні існує безліч операторів які використовують найрізноманітніші стандарти і технології, для створення і реалізації бездротових мереж. І тому дуже гостро стоїть питання про взаємодію їх між собою. Звичайно ж, існують мультистандартні радіотермінали, а так само різноманітні композитні мережі для забезпечення доступу до множинних послуг. Однак розвиток засобів і систем бездротового зв'язку відбувається значно швидше процесів стандартизації.

1. Актуальність теми

На даний момент існують дві найбільш значущі проблеми в сучасних телекомунікаціях[3]:

– значне зростання мобільного трафіку, при обмеженому частотному ресурсі;

– фактична відсутність загальноприйнятих стандартів;

Вирішення цих проблем потребує подальшого розвитку систем зв'язку з використанням радіоконфігурованих підсистем, найголовнішою особливістю яких є придатність до оновлення, за рахунок програмних засобів. Це дає можливість гнучкої адаптації до нових стандартів, в значній мірі знімаючи питання сумісності. Але ще потребує і деяких додаткових апаратних засобів, які зможуть підтримувати роботу одночасно в декількох стандартах, зберігаючи при цьому здатність взаємодії відразу з двома та більше операторами. Оптимальним рішенням виступає технологія Software Defined Radio (SDR)[4, 5], яка стала особливо популярною та затребуваною в останні роки [6]. Розроблена модель у першу чергу орієнтується на потреби користувачів, тому розглядається тільки приємна частина пристрою.

2. Мета і задачі дослідження та заплановані результати

 Вищесказане визначає актуальність мети даної роботи - розширення області застосування реконфігурованих підсистем та підвищення ефективності використання ресурсів гетерогенної мережі за рахунок вдосконалення структури та алгоритмів мультистандартного приймача. Вдосконалення досягається шляхом об’єднання між собою структур гетеродинного приймача та програмно-обумовленого радіо у єдиному пристрої.Такий пристрій дозволить скоротити номенклатуру апаратних засобів, необхідних для реалізації декількох телекомунікаційних послуг, за рахунок використання інтегрованого комплекту обладнання. 

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:

А) Обґрунтувати можливість роботи приймача відразу з декількома стандартами, для чого необхідно:

1. Провести огляд існуючих технологій, та оцінити перспективи їх сумісного застосування. Вирішити, на які стандарти може бути розраховано пристрій.
2. Запропонувати концепцію mai- мультистандартного обладнання. Розглянути існуючі типові рішення та їх придатність для використання у складі пристрою.

Б) Запропонувати структуру і алгоритм роботи mai-МСП на базі SDR. Визначити вимоги яким повинен задовольняти приймач. Провести аналіз реалізованості і працездатності розробки.

Об'єкт дослідження: обладнання гетерогенної мережі об'єднаних операторів зв'язку.

Предмет дослідження: структура та алгоритми мультистандартного приймача.

3. Рішення задач і результати досліджень

Мобільний зв'язок третього покоління будується на основі пакетної передачі даних. Мережі третього покоління 3G працюють на частотах дециметрового діапазону, як правило, в діапазоні близько 2 ГГц. З усіх існуючих варіантів, варті уваги тільки два найбільш поширені, а саме CDMA[7, 8] та UMTS[9]. CDMA (Code Division Multiple Access) - технологія   радіозв'язку, при якій канали передачі мають загальну смугу частот, але різну кодову модуляцію. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) розроблена для модернізації мереж GSM і отримала широке поширення не тільки в Європі, але і в багатьох інших регіонах світу. Решта стандартів 3-го покоління не мають перспектив розвитку і їх розгляд не є доцільним[10].

Для мереж 4G Міжнародним Союзом Електрозв'язку затверджено тільки два стандарти, які відповідають усім вимогам - це LTE Advanced [11, 12] та Mobile WiMAX 802.16e[13, 14]. LTE (Long Term Evolution) - проект розроблено консорціумом 3GPP стандарту удосконалення технологій мобільної передачі даних CDMA, UMTS. WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) - телекомунікаційна технологія, розроблена з метою надання універсального бездротового зв'язку на великих відстанях для широкого спектру пристроїв.

Для подальшої розробки структури необхідно конкретизувати діапазон частот, що використовується кожним стандартом. А саме, вказати спектри частот для передачі даних від абонента до базової станції (Uplink) і від базової станції до абонента (Downlink). Однак оскільки в даній роботі розробляється лише модель приймача, то можна обмежитися спектром частот тільки каналу Downlink. Підсумкові дані наведено в таблиці 1.

Таблиця 1. - Основні характеристики стандартів UMTS,CDMA,LTE та WiMAX

Назва технології	Покоління (3 або 4)	Спектр частот для передачі даних. Тільки Downlink, МГц	Мін. ширина одного каналу, МГц	Максимальна швидкість передачі даних (в теорії)
				Uplink, Мбит/с	Downlink, Мбит/с
UMTS (W-CDMA)	3G	1958-2025	5	27	73,5
CDMA	3G	824-848	1,25	1,8	3,1
LTE	4G	2500-2540	20	172,8	326,4
WiMAX	4G	2600-2640	20	20	20

Проаналізувавши вищенаведену таблицю, можна зробити висновок, що всі обрані нами технології мають передумови для об'єднання в рамках одного пристрою, за рахунок переносу спектрів в компактну область без їхнього перекриття. Такому підходу сприяє наявність досить швидкодіючих АЦП, здатних оброблювати сумарний груповий сигнал.

Реалізація мультистандартності( об'єднання декількох технологій у рамках одного пристрою) може бути здійснена за рахунок використання двох принципів за якими працюють мультистандартні термінали:

1. Перемикання між кількома технологіями.
2. Паралельна робота кількох технологій.

Обидві варіації істотно відрізняються одна від одної. Проте коли ми говоримо «мультистандартне обладнання», маємо на увазі саме перемикання між кількома технологіями. Що б уникнути плутанини, введемо окремий термін для другої варіації - mai-мультистандартність (лат. multiple activa iunctio - множинні активні сполуки), яка передбачає можливість паралельної роботи кількох технологій. Розроблений приймач буде працювати за принципом mai-мультистандартністі.

На даний момент існує не так багато зразків мультистандартного обладнання:

система WiFi-Style, що підтримує стандарти WiFi / CDMA / WiMAX / GSM[15];

мультистандартний мобільний WiFi-пристрій для LTE TDD розроблений фірмою Huawei[15];

планшет компанії «Ростелеком» що підтримує стандарти CDMA / GSM / UMTS / HSPA[15;

Але усі вищенаведені пристрої мають один і той ж недолік. А саме, вони не можуть одночасно отримувати дані відразу від декількох операторів. Для того, щоб вирішити цю проблему, в даній роботі розроблена структура mai-мультистандартного приймача (далі mai-МСП), що підтримує множинні активні сполуки. Іншими словами користувач буде мати можливість отримувати дані від декількох операторів мобільного зв'язку одночасно. В якості базової технології пропонується використовувати SDR, що дозволяє запропонувати модель mai-МСП з використання 3 каналів (див. рис.1).