Интерфейсы передачи данных, используемые на космических аппаратах
Современные беспроводные интерфейсы передачи данных
ZigBee
Проблемы, возникающие при беспроводной передаче информации в экранированном корпусе устройства и пути их решения
Проведение эксперимента с использованием модулей интерфейса ZigBee
Навигация
Проведение эксперимента с использованием модулей интерфейса ZigBee
Основные проблемы использования проводных интерфейсов передачи данных
37318
знаков
4
таблицы
33
изображения
4.2 Проведение эксперимента с использованием модулей интерфейса ZigBee
Чтобы удостовериться в правдивости выдвинутых в предыдущей главе утверждений, а именно были проведены эксперименты с использованием модулей с интерфейсом ZigBee без использования перегородок.
Для работы с модулями XBee XB24-Z7PIT-004 понадобился программатор FOCA v2.2(USB-UART) и отладочная плата IBoard 1.1 (контроллер ATmega328).
Рис.25 Схема проведения эксперимента в экранированном корпусе.
Схема проведения испытаний приведена на рисунке 25. Настройки и тестирование модулей осуществляется через программатор при помощи программы X-CTU, позволяющей оценить количество безошибочно переданных пакетов данных и пакетов с ошибками (но не более 100 пакетов), показатель уровня принимаемого сигнала RSSI.
Для проверки корректности работы модулей и программы было проведено тестирование передачи данных между двумя модулями в открытом пространстве.
Рис.26 Расположение модулей относительно друг друга.
Рис.27 Показатель RSSI при передаче 100 пакетов в открытом пространстве с размером 256 байт (максимальная емкость пакета).
Из рисунка 13 видно, что все пакеты были переданы успешно и показатель RSSI=-25 дБм.
Следующим шагом стало проведение такого же эксперимента, но уже в замкнутом металлическом корпусе (рис.11).
Так как X-CTU позволяет проанализировать не более 100 переданных пакетов, а для проверки устойчивости интерфейса передачи данных проводят испытания с отправкой более 106 пакетов, была написана программа для контроллера ATmega328 с проверкой контрольной суммы 104 пакетов.
Рис.28 Результат тестирования в экранированном корпусе.
Как видно из данных эксперименты, что на 104 переданных пакетов, 17 из них были приняты с ошибками. Данное значение не является допустимым, так ка на 181×106 пакетов в интерфейсе МКО разрешено не более 18 ошибок.
Также о не правильной работе модулей свидетельствует существенный нагрев модуля-передатчика до весьма высокой температуры (обжигает пальцы при попытке прикоснуться).
Как было уже сказано, основной причиной некорректной работы приемо-передающей аппаратуры является множественное переотражение сигнала в экранированном корпусе.
В связи с данными моделирования и тестирований, необходимым является повышение устойчивости системы передачи данных к многократному переотражению (замираниям) внутри замкнутого металлического корпуса.
Введение перегородок является возможным решением и введением некой стандартизации так, как размеры корпусов устройств варьируются. По результатам видно улучшение характеристик антенн, а именно КСВ и коэффициент отражения. Но главным минусом является увеличение массы конечного устройства.
Чтобы избежать увеличения массы прибора, логичным видится использование методов борьбы с переотражением сигналов за счет их специально обработки на приемной стороне. Одним из этих способов борьбы, используемых в современных беспроводных интерфейсах передачи данных, является технология MIMO.
MIMO (англ.Multiple Input Multiple Output) — метод пространственного кодирования сигнала, позволяющий увеличить полосу пропускания канала, эффективно противостоять замираниям радиосигналов, в котором передача данных и прием данных осуществляются системами из нескольких антенн.
Данная технология имеет множество направлений: увеличение пропускной способности канала, увеличение отношения сигнал/шум на приеме, повышение утилизации частотного спектра и т.д.
Рис.29 Использование преимуществ переотражений в технологии MIMO.
Так как в применяемых условиях (металлический корпус) прием сигнала является проблемным местом, что доказывают результаты проведенных экспериментов, то для решения наиболее подходящим направлением технологии MIMO является повышение отношения сигнал/шум на приемной стороне-разнесение при получении сигнала.
4.3 Разнесение при получении сигнала
Если в точке приема есть не менее двух связанных приемников с разнесенными антеннами, то вполне реально провести анализ всех копий на каждом приемнике для выбора лучших сигналов. Далее с этими сигналами можно проводить различные манипуляции и комбинирование.
Для повышения отношения/сигнал шум на приемной стороне используется алгоритм оптимального весового сложения или MRC (maximum ratio combined).
ТехнологияMRC используется во многих современных точках доступа Wi-Fi корпоративного класса. MRC направлен на подъем уровня сигнала в направлении от Wi-Fi клиента к точке доступа WiFi 802.11.
Алгоритм работы MRC подразумевает сбор на нескольких антеннах всех прямых и переотраженных при многолучевом распространении сигналов. Далее специальный процессор (DSP) отбирает лучший сигнал с каждого приемника и выполняет комбинирование. Фактически математическая обработка реализует виртуальный фазовый сдвиг для создания положительной интерференции со сложением сигналов. Таким образом результирующий суммарный сигнал значительно лучше по характеристикам, чем все исходные. С увеличением количества антенн появляется возможность получения наилучших характеристик результирующего сигнала, но повышает сложность аппаратуры и ее ресурсоемкость.
Рис.30 Работа алгоритма MRC.
Учитывая преимущества MIMO технологии, а именно разнесенный прием, можно утверждать, что при использовании данной технологии отпадает строгая привязка к расположению передающего (излучающего) элемента, то есть антенны. Возникает возможность для более гибкого расположения элементов и приемопередающей аппаратуры на плате. Несколько вариантов расположения приемных антенн, расположенных на плате, представлены на рисунке 31.
Рис.31 Возможные варианты расположения антенн на плате.
Рассмотренная технология MRC 1х2-1 передающая антенна, две приемных, судя по данным взятым из книги Eldad Perahia, Robert Stacey. Next Generation Wireless LANs — 802.11n and 802.11ac, позволяет получить наибольший прирост на приемной стороне почти 10 дБ по сравнению с режимом 1х1.
Даже при сравнении систем 2х1 для STBC и 1х2 для MRC при одинаков1ой мощности с двух сторон STBC априори будет давать меньший результат. Связано это с тем, что при передаче сигнала с двух антенн (STBC) мощность делиться на два (-3 dB). При приеме же двумя антеннами (MRC) точка доступа получает сигнал, отправленный на полной мощности. То есть разница между STBC и MRC в режиме 2 приемника или передатчика составляет не менее 3 дБ, что видно из графика на рисунке 32.
Рис.32 Сравнение зависимости коэффициента ошибок PER- Packet Error Rate от отношения мощности полезного сигнала к мощности шума на входе приемника.
Заключение
В заключении можно сказать, что весь список запланированных работ был освоен полностью. Намечены следующие шаги по разработке беспроводного межмодульного интерфейса для космических аппаратов.
Список используемых источников:
ü Eldad Perahia, Robert Stacey. Next Generation Wireless LANs — 802.11n and 802.11ac
ü https://habrahabr.ru/post/215421/
ü https://habrahabr.ru/post/249191/
ü Enhanced Blind Maximum Ratio Combining in Broadcasting Systems Rana Ahmed (Institut für Nachrichtenübertragung, Universität Stuttgart), Ben Eitel (Sony Deutschland GmbH, European Technology Center (EuTEC)) and Joachim Speidel (Institut für Nachrichtenübertragung, Universität Stuttgart)
Похожие работы
... части локальной сети не позволяют останавливаться на известных достигнутых результатах и побуждают на дальнейшее исследование в дипломной работе в направлении разработки локальной сети с беспроводным доступом к ее информационным ресурсам, используя перспективные технологии защиты информации. 2. Выбор оборудования, для перспективных технологий СПД 2.1 Выбор передающей среды Зачастую перед ...
... 20 до 30% от суммы на электронные платежи. Следовательно общая сумма затрат на телекоммуникации РКЦ - ГРКЦ составляет порядка 100 000 Долларов США в год. Пути решения проблемы телекоммуникаций Для решения указанных проблем в соответствии с концепцией развития ЕТКБС ЦБ РФ предполагается: · помимо наземных каналов использовать в сети спутниковые каналы; · построить магистральную сеть по ...
... с применением полиграфических компьютерных технологий? 10. Охарактеризуйте преступные деяния, предусмотренные главой 28 УК РФ «Преступления в сфере компьютерной информации». РАЗДЕЛ 2. БОРЬБА С ПРЕСТУПЛЕНИЯМИ В СФЕРЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ИНФОРМАЦИИ ГЛАВА 5. КОНТРОЛЬ НАД ПРЕСТУПНОСТЬЮВ СФЕРЕ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ 5.1 Контроль над компьютерной преступностью в России Меры контроля над ...
... технологии широкополосного доступа - по электросетям. Было разработано оборудование PLC первого и второго поколений. Достигнутая предельная скорость передачи данных не превышала 10-14 Мб/с. Реальная же скорость передачи данных в тестовых сетях PLC с применением этого оборудования отличалась на порядок и составляла 1-2 Мб/с. Кроме этого, абонентское оборудование PLC имело сравнительно высокую ...
0 комментариев