Технология OFDM_MultiMode


Казалось бы рынок устройств беспроводной связи заполнен разнообразным оборудованием, но Вы не можете найти подходящее для Вашей задачи решение. В то же время разработка собственного модема нецелесообразна по экономическим и/или временным ограничениям. Знакомая ситуация, не правда ли? Такое положение дел часто приводит к тому, что значительная часть задач оказывается реализованной с худшими, чем хотелось бы заказчику, параметрами или вообще нереализованной. Основанная на принципе разумного универсализма технология OFDM_MultiMode, разработанная специалистами Link2Unit, позволяет решить эту проблему. OFDM_MultiMode позволяет совмещать в рамках одного модема весьма разнородные методы передачи информации для которых обычно требуется разное оборудование. Чтобы это стало возможным потребовалось разработать полностью оригинальный физический уровень OFDM_MultiMode, не являющийся клоном каких-либо открытых стандартов. Тщательный анализ пожеланий наших заказчиков и наш собственный опыт позволил отобрать режимы, наиболее важные для решения значительной части задач по беспроводной передаче данных.

  1. Высокоскоростная связь в широкой полосе частот (широкополосный режим).
  2. Низкоскоростная связь в узкой полосе частот (узкополосный режим).
  3. Низкоскоростная связь с использованием широкополосных сигналов (ШПС режим).
  4. Связь во фрагментированной полосе частот (режим с фрагментированным спектром).

Широкополосный режим используется для передачи потоков данных со скоростью от 1 МБит/сек до десятков МБит/сек. Этот режим хорошо подходит для передачи цифрового видео, Ethernet траффика и т.п. Ширина спектра сигнала в этом режиме, составляет от 3.5 МГц.

Спектр в широкополосном режиме

Узкополосный режим используется для передачи потоков данных со скоростью 160 кбит/сек - 1 МБит/сек. Ширина спектра сигнала в этом режиме, составляет от 0.3 до 3.5 МГц. Из-за того, что спектр сигнала в этом режиме сосредоточен в узкой полосе частот, вся мощность передатчика вкладывается в данную полосу, т.е. бюджет линии связи, а, следовательно, и дальность связи, в этом режиме будет существенно больше, чем в высокоскоростном режиме. Данный режим имеет смысл использовать для передачи различной управляющей информации, где скорость передачи данных низка, а требования к надежности связи высоки.

Спектр в узкополосном режиме

ШПС режим используется для передачи потоков данных со скоростью 50 кбит/сек - 3.2 МБит/сек. Ширина спектра сигнала в этом режиме, составляет более 10 МГц. Особенностью данного режима является возможность передачи информации при отношении сигнал-шум (ОСШ) на входе приемника до минус 17 дБ. Данный режим хорошо подходит для целей энергетически скрытной передачи информации, когда требуется обеспечить малую вероятность обнаружения канала связи.

Спектр в режиме ШПС

Режим с фрагментированным спектром в целом аналогичен широкополосному режиму, дополненному возможностью исключения из занимаемой полосы частот тех участков которые заняты сторонними пользователями. Данный режим предназначен для организации связи в сильно загруженных диапазонах частот, где трудно найти свободый участок с широкой полосой, а также для тех случаев где требуется обеспечить связь под прикрытием сигнала стороннего пользователя.

Спектр в режиме фрагментированного спектра

Совмещение в одном модеме всех этих режимов работы оказывается возможной при использовании технологии масштабируемой OFDM. Базовым рабочим режимом является широкополосный режим. Узкополосный режим и режим с фрагментированным спектром получаются из широкополосного режима путем удаления из спектра передаваемого сигнала блоков поднесущих. ШПС режим реализуется также на базе широкополосного режима за счет наращивания базы излучаемого сигнала путем уменьшения скорости помехоустойчивого кода для чего используется код с повторением дополнительный к основному LDPC коду. Основные трудности при реализации ШПС режима связаны со сложностью алгоритмов обнаружения и оценки параметров принимаемого сигнала при низком ОСШ, характерном именно для ШПС режима. Ноу-хау и большой практический опыт специалистов Link2Unit позволили спроектировать алгоритмы обработки ШПС сигналов, допускающие умеренное увеличение сложности физического уровня в этом случае. В рамках технологии OFDM_MultiMode реализована возможность переключения между различными рабочими режимами непосредственно в пределах одного временного фрейма, т.е. "на лету".

Преимущества технологии OFDM_MultiMode проще всего продемонстрировать на конкретном примере связи между наземной станцией (НС) и беспилотным летательным аппаратом (БЛА). Канал связи для передачи информации от НС к БЛА является, как правило, низкоскоростным, т.к. по нему передаются команды управления полетом БЛА и настройки бортового оборудования. В то же время данный канал должен обладать как можно большей помехоустойчивостью, чтобы обеспечить наибольшую дальность связи, т.к. обрыв данного канала приводит к потере управляемости БЛА. Беспроводной модем, пригодный для такого канала, должен обладать высокой чувствительностью, что достижимо, если полезный сигнал модема занимает узкую полосу частот, либо модем использует т.н. широкополосные сигналы (ШПС). При использовании ШПС канал НС-БЛА приобретает также свойство энергетической скрытности, что серьезно усложняет обнаружение этого сигнала в месте нахождения БЛА и является весьма желательным свойством в ряде специальных применений. Канал связи для передачи информации от БЛА к НС является, напротив, высокоскоростным. По этому каналу в большинстве случаев передается информационный поток от видеокамеры, тепловизора, радара и т.д., что в совокупности может составлять 10 МБит/сек и более. Модем для такого канала должен поддерживать режим передачи данных в полосе более 10 МГц со скоростями, составляющими десятки МБит/сек. Для канала БЛА-НС желательно также свойство масштабируемости, т.е. возможности увеличения помехоустойчивости модема за счет уменьшения скорости передачи информации, что может быть использовано для увеличения зоны действия БЛА при соответствующем ухудшении качества видеоизображения. Как правило, для решения подобной задачи применяется два беспроводных модема, один - для канала НС-БЛА, а другой для БЛА-НС, что приводит к увеличению массы, энергопотребления и стоимости оборудования БЛА. Спроектированная Link2Unit на базе технологии OFDM_MultiMode платформа цифрового радио Squared_Link, позволяет решить эту задачу при помощи одного устройства в котором используется узкополосный или ШПС режим для канала НС-БЛА и широкополосный режим для канала БЛА-НС. Ниже приведена структура временного фрейма Squared_Link для этой задачи при использовании временного разделения каналов НС-БЛА и БЛА-НС. В данном случае каналы НС-БЛА и БЛА-НС могут работать на одной частоте F0 или на разных частотах F0 и F1. Если в последнем случае используется режим ШПС в канале НС-БЛА, то сигнал канала БЛА-НС не демаскирует сигнал канала НС-БЛА и, следовательно, канал НС-БЛА приобретает свойство энергетической скрытности в зоне нахождения БЛА. Что касается канала БЛА-НС, то хотя он и не является энергетически скрытным, но прием его сигнала происходит в зоне нахождения НС и, следовательно, имеется гораздо меньше возможностей его подавления помехами.

Структура временного фрейма