Stanag.pdf

(1713 KB) Pobierz
Samodzielna Pracownia
Radiokomunikacji Morskiej w Gda sku (P-8)
Szybka transmisja danych w pa mie krótkofalowym
Etap 1: Opracowanie pakietu symuluj cego prac toru nadawczo-
odbiorczego modemu w krótkofalowym kanale radiowym
Praca nr 08300035
Gda sk, grudzie 2005
Szybka transmisja danych w pa mie krótkofalowym
Etap 1: Opracowanie pakietu symuluj cego prac
w krótkofalowym kanale radiowym
Praca nr 08300035
Słowa kluczowe: radiokomunikacja morska, modem radiowy, kanał radiokomunikacyjny
w pa mie krótkofalowym
Kierownik pracy: dr in . Jacek Stefa ski
Wykonawcy pracy: mgr in . Stefan Gencza
mgr in . Rafał Niski
mgr in . Mirosław Radziwanowski
Kierownik Zakładu: mgr in . Rafał Niski
toru nadawczo-odbiorczego modemu
© Copyright by Instytut Ł czno ci, Warszawa 2005
Spis tre ci
1. Wprowadzenie....................................................................................................................5
2. Standardy cyfrowej transmisji danych w pa mie krótkofalowym ........................................7
3. Charakterystyka modemów krótkofalowych .......................................................................9
3.1. Modemy o przepływno ciach do 2400 bit/s..................................................................9
3.1.1. Bloki funkcjonalne nadajnika modemu................................................................11
3.1.1.1 Kodowanie kanałowe ....................................................................................11
3.1.1.2. Przeplot ........................................................................................................12
3.1.1.3. Kodowanie Gray`a .......................................................................................15
3.1.1.4. Formowanie symboli transmisyjnych............................................................15
3.1.1.5. Skrambler.....................................................................................................18
3.1.1.6. Modulator.....................................................................................................19
3.1.2. Podsumowanie ....................................................................................................20
3.2. Modemy o przepływno ciach powy ej 2400 bit/s.......................................................20
3.2.1. Format ramki ......................................................................................................21
3.2.1.1. Preambuła synchronizuj ca ..........................................................................21
3.2.1.2. Preambuła powtarzalna (reinserted)..............................................................23
3.2.1.3. Sekwencja treningowa (mini-probe) .............................................................23
3.2.2. Kodowanie kanałowe i przeplot ..........................................................................25
3.2.3. Skrambler ...........................................................................................................27
3.2.4. Modulacja ...........................................................................................................28
3.2.4.1. Modulacja PSK ............................................................................................29
3.2.4.2. Modulacja QAM ..........................................................................................30
3.3. Modem wykorzystuj cy dwa kanały (dwie niezale ne wst gi no ne) .........................33
3.3.1. Format ramki ......................................................................................................34
3.3.2. Kodowanie i przeplot ..........................................................................................34
3.3.3. Modulacja ...........................................................................................................35
3.4. Zestawienie ko cowe.................................................................................................36
4. Demodulacja i detekcja.....................................................................................................37
4.1. Modulacja wielowarto ciowa PSK.............................................................................39
4.2. Modulacja wielowarto ciowa QAM ...........................................................................40
4.3. Synchronizacja...........................................................................................................41
4.3.1. Odzyskiwanie cz stotliwo ci i fazy fali no nej ....................................................41
4.3.2. Odzyskiwanie synchronizacji symbolowej ..........................................................43
4.3.3. Odtwarzanie synchronizacji pakietowej...............................................................44
4.4. Detekcja sygnałów w kanale z zanikami ....................................................................45
5. Koncepcja urz dzenia definiowanego programowo ..........................................................49
5.1. Ograniczenia technologiczne SDR .............................................................................49
5.2. Zastosowanie technologii radia programowalnego w modemach radiowych...............50
6. Pakiet symuluj cy prac toru nadawczo-odbiorczego modemu .........................................53
6.1. Implementacja symulatora w j zyku C/C++...............................................................53
6.2. Opis poszczególnych bloków funkcjonalnych symulatora ..........................................56
6.2.1. Procedura coder.cpp ............................................................................................56
6.2.2. Procedura modulator.cpp.....................................................................................56
6.2.3. Procedura channel.cpp.........................................................................................57
6.2.3.1. Addytywny szum gaussowski.......................................................................57
3
6.2.3.2. Efekt Dopplera i zaniki Rayleigh’a ...............................................................58
6.2.4. Procedura demodulator.cpp .................................................................................61
6.2.5. Procedura decoder.cpp ........................................................................................64
6.3. Badania symulacyjne .................................................................................................64
6.3.1. Niedokładno ci procesu symulacji systemów radiokomunikacyjnych..................64
6.3.2. Wyniki bada symulacyjnych w kanale AWGN ..................................................65
6.3.3. Wyniki bada symulacyjnych w kanale z zanikami .............................................67
7. Przegl d wybranych modemów działaj cych na zakresie fal krótkich ...............................71
7.1. Modem MDM-Q9604 firmy Rockwell Collins...........................................................71
7.2. Modem RM6 firmy RapidM ......................................................................................72
7.3. Modem RF-5710A-MD001 firmy Harris....................................................................74
7.4. Modem IPDT-1050 firmy IP Unwired .......................................................................75
8. Interfejsy u ytkownika .....................................................................................................78
8.1. Konwencjonalny interfejs asynchroniczny .................................................................78
8.2. Szybki interfejs asynchroniczny ze sterowaniem przepływem danych........................78
8.3. Interfejs synchroniczny ..............................................................................................78
8.4. Ethernet .....................................................................................................................78
8.5. Parametry styku z DTE ..............................................................................................79
8.5.1. Parametry funkcjonalne.......................................................................................79
8.5.2. Parametry elektryczne .........................................................................................79
8.6. Parametry styku z wyposa eniem radiowym ..............................................................80
8.7. Tryby pracy modemu .................................................................................................80
8.8. Zasady współpracy modemu z terminalem u ytkownika ............................................81
8.8.1. Pocz tek transmisji .............................................................................................81
8.8.2. Koniec wiadomo ci.............................................................................................81
8.8.3. Zako czenie transmisji........................................................................................81
8.8.4. Zako czenie przetwarzania danych odbieranych .................................................81
8.8.4.1. Odebranie sekwencji EOM ...........................................................................82
8.8.4.2. Polecenie powrotu do akwizycji ...................................................................82
8.8.4.3. Odbiór okre lonej liczby bloków danych ......................................................82
8.8.4.4. Zainicjowanie nadawania .............................................................................82
8.9. Zdalne sterowanie......................................................................................................82
9. Podsumowanie .................................................................................................................83
Bibliografia ..........................................................................................................................84
Zał cznik..............................................................................................................................86
4
1. Wprowadzenie
W ostatniej dekadzie XX wieku wydawało si , ze dalekosi na ł czno radiowa w
pa mie krótkofalowym zostanie całkowicie wyparta przez systemy satelitarne, szczególnie
je eli chodzi o potrzeby radiokomunikacji morskiej. Jednak ju na pocz tku XXI wieku, w
dobie terroryzmu, ł czno krótkofalowa zacz ła odzyskiwa swoje znaczenie w komunikacji
ze statkami. Na dzie dzisiejszy systemy krótkofalowe s uwa ane za systemy
charakteryzuj ce si du niezawodno ci , a przy tym stosunkowo nisk cen w budowie i
eksploatacji. Dodatkow zalet systemów ł czno ci w pa mie krótkofalowym jest ich
uregulowany status prawny na arenie mi dzynarodowej. Niestety wad tych systemów jest
stosunkowo w skie pasmo pojedynczego kanału, wynosz ce 3 kHz, które przeznaczone było
przede wszystkim do transmisji sygnałów mowy. Zachowuj c istniej c struktur kanałów w
pa mie krótkofalowym, zwi kszenie atrakcyjno ci tego pasma pod k tem oferowanych w nim
usług, jest mo liwe jedynie poprzez opracowanie uniwersalnego modemu radiowego do
transmisji danych. Istniej ce na rynku modemy s dedykowane pod konkretne rozwi zania i
aplikacje, co spowalnia proces wprowadzania nowych usług w pa mie krótkofalowym. Zatem
istnieje potrzeba opracowania modemu szybkiej transmisji danych, charakteryzuj cego si
elastyczno ci implementowanych w nim usług. Jest to mo liwe jedynie poprzez opracowanie
uniwersalnej platformy sprz towej, o funkcjonalno ci której decydowałoby odpowiednie
oprogramowanie. Modem taki byłby wi c, tzw. urz dzeniem definiowanym programowo
SDM (Software
Defined Modem),
co obecnie stanowi główny trend w rozwoju
współczesnych systemów radiokomunikacyjnych.
Opracowanie uniwersalnego modemu dla potrzeb krótkofalowej ł czno ci radiowej na
morzu wi e si w pierwszej kolejno ci z opracowaniem uniwersalnej platformy sprz towej,
która zapewni w przyszło ci mo liwo implementacji usług jeszcze niezdefiniowanych.
Proponuje si wi c upro ci konstrukcj takiego modemu do niezb dnego minimum, czyli
implementacja poszczególnych bloków funkcjonalnych realizowana byłaby w oparciu o
odpowiednio dobrany, specjalizowany pod k tem rozwi za modemowych, procesor
sygnałowy. Na bazie tak opracowanej platformy sprz towej nale y opracowa platform
programow z uwzgl dnieniem nast puj cych wymaga u ytkowych:
•
zapewnienie du ych mo liwo ci programowego wprowadzania zmian wła ciwo ci
funkcjonalnych modemu,
•
zapewnienie współpracy z modemami ju istniej cymi i eksploatowanymi w
radiokomunikacji morskiej,
•
obni enie kosztów implementacji nowych usług.
Działania zwi zane z wykonaniem modemu w technologii SDM musz by w pierwszej
kolejno ci poprzedzone badaniami symulacyjnymi, potwierdzaj cymi słuszno przyj tych
zało e . W tym celu nale y opracowa pakiet symuluj cy prac toru nadawczo-odbiorczego
modemu w pa mie krótkofalowym, co stanowi pierwszy etap tej pracy.
Niniejsze opracowanie składa si z 8 rozdziałów, jednego zał cznika i podsumowania.
Po krótkim wprowadzeniu do tematyki niniejszego opracowania i przegl dzie standardów
cyfrowej transmisji danych w pa mie krótkofalowym przedstawiono charakterystyk
modemów krótkofalowych, ze szczególnym uwzgl dnienie standardów wojskowych.
Rozdział po wi cony omówieniu standardów transmisji danych w pa mie krótkofalowym
został podzielony na dwie zasadnicze cz ci. Pierwsza z nich została po wi cona transmisji
danych z przepływno ci do 2400 bit/s, druga za powy ej 2400 bit/s. Kolejny, czwarty
rozdział, dotyczy niezmiernie wa nego zagadnienia, jakim jest proces demodulacji i detekcji
sygnału odbieranego w systemach radiokomunikacyjnych, w tym i modemach radiowych.
5

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin