Практикум для студен тов специальности 198 01 03 Программное обеспечение информаци онной безопасности мобильных систем
 Скачать 6.84 Mb.
|
|
Определение параметров базовых станций. При определении параметров базовых станций сети (мощности передатчиков Р БС (дБВт) и высот антенн h БС ) необходимо использовать технические данные ра- диооборудования сети, в частности, чувствительности приемников мобильных станций Р MС (дБВт), высоты их антенн h МС , коэффициенты усиления антенных устройств базовых станций G БС и сведения о мор- фоструктуре местности. Необходимую мощность на выходе передатчика БС Р БС (дБВт) при распространении радиоволн в открытом пространстве определяют в зависимости от характера местности, пользуясь основным уравне- нием связи: БС МС БС МС α f P P G G L = − − + + , (1.34) где G БС = 0 дБ; G MС = 0,5 дБ – коэффициенты усиления антенны БС и МС; L – затухание на трассе распространения с учетом всех добавок; P MС = –110 дБВт – чувствительность приемника МС; α f – потери в фи- дере БС. Порядок выполнения работы 1. Запустить программу RPS-2, нажав левой кнопкой мыши на значок . 2. Выбрать на панели инструментов: Проект → Новый и ввести имя, выбрать радио-стандарт – GSM. Установить число частот групп – 3. 3. Выбрать местоположения базовых станций (БС): нажав левую клавишу мыши, выбрать «Новое место». 43 4. Задать параметры БС: имя – BS#1, BS#2, BS#3, число секторов – 3, антенна – Ant001, поляризация – горизонтальная, приемопередатчик – BS, высота антенны – h = (30 + N) м, фидеры – default. Каждому сек- тору антенны установить соответствующую частотную группу. Коор- динаты БС приведены в табл. 1.10. Таблица 1.10 Координаты БС БС Вариант 1 2 3 4 5 1 E 82-56-36.88 82-56-55.93 82-57-0.70 82-56-41.64 82-56-17.82 N 55-3-23.16 55-3-27.18 55-3-15.11 55-3-9.74 55-3-15.11 2 E 82-52-12.44 82-52-31.50 82-52-29.11 82-52-7.67 82-51-46.23 N 54-59-12.25 54-59-12.25 54-59-2.86 54-58-58.84 54-59-4.20 3 E 82-47-48.00 82-48-7.06 82-48-2.29 82-47-36.09 82-47-26.56 N 55-1-55.95 55-1-54.60 55-1-42.53 55-1-42.53 55-1-53.26 БС Вариант 6 7 8 9 10 1 E 82-56-8.29 82-56-29.73 82-57-17.38 82-57-22.14 82-57-5.46 N 55-3-25.84 55-3-36.58 55-3-24.50 55-3-12.42 55-2-59.01 2 E 82-51-46.23 82-51-58.14 82-52-52.94 82-52-45.79 82-52-26.73 N 54-59-17.62 54-59-28.35 54-59-4.20 54-58-53.47 54-58-49.44 3 E 82-47-24.17 82-47-45.62 82-48-26.12 82-48-18.97 82-47-48.00 N 55-2-4.00 55-2-9.36 55-1-46.55 55-1-34.48 55-1-33.14 4.1. Расчет зон прямой видимости. Выполнить → Расчет прямой видимости (BS#1, BS#2, BS#3) → Расстояние – 6 км → ОК. Провести анализ рельефа местности в зонах непрямой видимости, а также изменения зоны прямой видимости в зависимости от высоты антенны БС. 4.2. Расчет покрытия. Выполнить → Расчет покрытия → Модель RPS (BS#1, BS#2, BS#3) → Расстояние – 6 км → ОК. Для проведения дальнейших расчетов для трех заданных БС не- обходимо выделить три БС с помощью прямоугольника. Просмотр → Выбор прямоугольника. Выделить область так, что- бы в нее попали три БС. Поместить курсор в выделенную область, нажать на левую клавишу мыши и присвоить имя области. Добавить БС выделенную область для последующих расчетов. Далее провести расчеты покрытия для каждой из трех БС. 44 4.3. Определение зоны перекрытия сигнала: – курсор мыши установить на выделенную область; – нажать правую клавишу мыши; – выбрать: Прямой канал → Зоны перекрытия сигнала; – нажать левую клавишу мыши. 4.4. Определение зон обслуживания: – курсор мыши установить на выделенную область; – нажать правую клавишу мыши; – выбрать: Прямой канал → Зоны обслуживания; – нажать левую клавишу мыши. 4.5. Расчет мощности передачи абонента: – курсор мыши установить на выделенную область; – нажать правую клавишу мыши; – выбрать: Обратный канал → Необходимая мощность абонента; – нажать левую клавишу мыши. 4.6. Расчет числа частотных каналов, необходимых для построе- ния сети: – курсор мыши установить на выделенную область; – нажать правую клавишу мыши; – выбрать: Расчет числа каналов БС. Установить число обслужи- ваемых системой абонентов – N × 1000, удельная нагрузка от одного абонента – А = (0,03 + 0,01N) Эрл,закон – нормальный для четных N и равномерный – для нечетных N → ОК. 4.7. Расчет отношения сигнал/помеха: – курсор мыши установить на выделенную область; – нажать правую клавишу мыши; – выбрать: Прямой канал → Сигнал/Шум + Помеха; – нажать левую клавишу мыши. 4.8. Расчет электромагнитной совместимости. Выполнить → Расчет ЭМС → выбрать для расчета имеющиеся передатчики и приемники → ОК. Провести анализ полученных ре- зультатов расчета и дать рекомендации по уменьшению уровня помех мешающих передатчиков. 4.9. Расчет параметров радиолинии. Для проведения расчетов радиолинии создать новый проект: – выбрать на панели инструментов: Проект → Новый → Ввести имя → Сеть по умолчанию → Релейная → ОК; – выбрать местоположения станций 1 и 2: нажать левую клавишу мыши, выбрать «Новое место»; 45 – задать параметры станций: имя – Станция#1, Станция#2. Число секторов – 1, антенна – Ant001, поляризация – горизонтальная, прие- мопередатчик – BS, высота антенны – h = (30 + N) м, фидеры – default. Координаты станций взять из табл. 1.10 для BS#1, BS#2. Параметры изображения значка выбрать «Directional»; – выбрать местоположение мешающей станции 3. Задать пара- метры станций: имя – Станция#3, антенна – OMNI, поляризация – го- ризонтальная, приемопередатчик – BS, высота антенны – h = (30 + N) м, фидеры – default; – выполнить соединение станций 1 и 2; – провести взаимную ориентацию антенн станций: установить курсор на линию соединения станций, нажать правую кнопку, Выбрать → Оптимальная ориентация → Обе.Нажать левую кнопку. – выполнить расчеты: профиль линии, потери прямой радиотрас- сы, потери обратной радиотрассы, расчет надежности, дальние поме- хи, расчет ЭМС. Задание на лабораторную работу 1. Разместить базовые станции на цифровой карте в соответствии с вариантом задания. 2. Выполнить расчеты согласно п. 4.1–4.7 для трех заданных БС. 3. Выполнить п. 4.6 при количестве секторов антенны, равном 6. 4. Разместить станции на цифровой карте для создания радиоре- лейной линии и провести расчеты для радиотрассы. Содержание отчета 1. Титульный лист. 2. Цель работы и задание на лабораторную работу. 3. Цифровые карты местности с размещенными на ней станциями. 4. Результаты расчетов. 5. Выводы по полученным данным расчетов. Контрольные вопросы 1. Дайте определение мощности сигнала на входе приемника. 2. Как определяется мощность интерференционных помех, созда- ваемых шестью мешающими передатчиками совмещенного канала, расположенными в первом шестиугольнике? 3. Дайте определение отношения сигнал/(шум + интерференцион- ная помеха). 46 4. Как определяется полоса, занимаемая каналом при М-позици- онной модуляции, если известна его полоса при М = 2? 5. Как определяется суммарное число каналов в сети радиосвязи с FDMA для заданной полосы частот? 6. Как определяется число каналов, доступных на одной базовой станции в сети радиосвязи с FDMA? 7. Поясните причину уменьшения необходимой размерности класте- ра при переходе на базовых станциях от круговых антенн к секторным. 8. Как определяется количество абонентов, обслуживаемых одной базовой станцией, при круговых антеннах? 9. Как определяется количество абонентов, обслуживаемых одной базовой станцией, при секторных антеннах с числом наборов частот на базовой станции, равном числу секторов? 10. Как определяется количество абонентов, обслуживаемых од- ной базовой станцией, при секторных антеннах с числом наборов час- тот на базовой станции, меньшем числа секторов? 11. Поясните, почему при шестисекторных антеннах на базовых станциях переход от шести наборов частот к двум наборам позволяет увеличить количество абонентов, обслуживаемых базовой станцией. 47 РАБОТА В СРЕДЕ MATLAB И ПАКЕТЕ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ SIMULINK 2.1. Интерфейс среды MATLAB Система MATLAB является интерактивной системой для выпол- нения инженерных и научных расчетов, ориентированной на работу с массивами данных. Система использует математический сопроцессор и допускает возможность обращения к программам, написанным на языках Fortran, C и C++. Система MATLAB имеет собственный язык программирования, напоминающий BASIC, а также располагает большими возможностя- ми для работы с сигналами, для расчета и проектирования систем свя- зи, цифровых и аналоговых фильтров, различных вычислительных систем. Имеются в наличии и средства для спектрального анализа и синтеза, быстрого преобразования Фурье (БПФ), обработки изобра- жений, Wavelet-анализа. Кроме этого, пользователь может ввести в систему любую новую встроенную команду, оператор или функцию. Программный продукт MATLAB располагает большой библиоте- кой готовых функций, реализующих наиболее распространенные в научном мире методы вычислений. Для облегчения поиска функции разбиты на разделы. Наиболее общие функции включены в ядро сис- темы MATLAB. Функции, которые являются специфическими для конкретной области, включены в состав соответствующих специали- зированных разделов. Эти разделы называются Toolboxes (Инстру- ментальные приложения – ИП). Каждое из инструментальных прило- жений имеет свое название, отражающее его предназначение. Функ- ции из любого ИП могут быть использованы в интерактивном режиме работы в качестве команд с параметрами. При помощи командного окна можно осуществлять все вычисле- ния в режиме калькулятора. При этом можно осуществлять присвоения 2 2 48 различным переменным конкретных значений и далее пользоваться ими в командном окне. Программирование в среде MATLAB осуществляется путем соз- дания М-файлов с расширением m (рис. 2.1). Недостатком является отсутствие оператора безусловного перехода GO TO, однако это мож- но полностью возместить путем структурного программирования с обращением к различным функциям и процедурам. Рис. 2.1. Окно М-файла Важным программным приложением системы MATLAB является ИП Simulink (рис. 2.2) – средство визуального моделирования дина- мических систем. В определенном смысле Simulink можно рассматри- вать как самостоятельный продукт фирмы The MathWorks Inc., однако он работает только при наличии ядра системы и использует функции, входящие в его состав. Разработка моделей средствами Simulink (в дальнейшем S-модели) основано на использовании технологии Drag-and-Drop (Перетащи 49 и Оставь). В качестве «кирпичиков» для построения S-модели исполь- зуют блоки, хранящиеся в библиотеке Simulink. Блоки могут быть связаны друг с другом как по информации, так и по управлению. Тип связи зависит от типа блока и логики работы модели. Данные, кото- рыми обмениваются блоки, могут быть скалярными величинами, век- торами или матрицами произвольной размерности. Рис. 2.2. Окно просмотра библиотек ИП Simulink (Simulink Library Browser) Цифровая обработка сигналов Пакет моделирования систем связи Источники сигналов Системы связи с кодовым разделением каналов (CDMA) Непрерывные элементы Устройства отображения сигналов Библиотека по созданию подсистем Математические функции и преобразования Дискретные элементы 50 Любая модель может иметь иерархическую структуру, т. е. сос- тоять из моделей более низкого уровня, причем число уровней иерар- хии практически не ограничено. В ходе моделирования можно наблюдать за процессами, происхо- дящими в системе через специальные «смотровые окна», входящие в состав библиотеки Simulink. Пакет Simulink позволяет осуществлять моделирование поведения динамических нелинейных систем. Для построения функциональной блок-схемы моделируемых устройств Simulink имеет обширную биб- лиотеку блочных компонентов и удобный редактор блок-схем. Он ос- нован на графическом интерфейсе пользователя и по существу являет- ся типичным средством визуального объектно-ориентированного про- граммирования. Используя палитры компонентов (наборы), пользова- тель с помощью мыши переносит нужные блоки с палитр на рабочий стол пакета Simulink и соединяет линиями входы и выходы блоков. Таким образом, создается блок-схема системы или устройства, т. е. модель, которая хранится в файле с расширением *.mdl. 2.2. Моделирование динамических систем с использованием инструментального приложения Simulink Порядок создания новой модели: 1. Запустить систему MATLAB. После запуска системы MATLAB на дисплее компьютера появляется главное окно (рис. 2.3), содержащее панель меню и панель инструментов. Главное меню по форме такое же, как и меню пользователя любо- го Windows-приложения. Ниже расположена панель инструментов, обеспечивающая быстрый доступ к наиболее часто используемым командам из разделов меню. После запуска MATLAB в клиентской области командного окна появляется знак приглашения "»", после которого можно вводить ко- манды MATLAB. 2. Запустить ИП Simulink. Для этого можно воспользоваться дву- мя путями: – ввести с помощью клавиатуры в командном окне системы (по- сле значка приглашения "»") следующий текст: » simulink и нажать клавишу «Enter»; 51 – щелкнуть левой клавишей мыши (ЛКМ) на пиктограмме New Simulink Model, находящейся на панели инструментов. После запуска ИП Simulink на дисплее компьютера появляется окно просмотра библиотек – Simulink Library Browser (рис. 2.2). Рис. 2.3. Главное окно MATLAB Для открытия раздела библиотек нужно щелкнуть ЛКМ на значке либо дважды щелкнуть на самом разделе. Разделы библиотеки содержат подразделы, а те, в свою очередь, – блоки – основную структурную единицу моделей. 3. Используя меню пользователя окна Simulink Library Browser, открыть окно новой модели (рис. 2.4). Окно новой модели по умолча- нию имеет имя untitled (безымянный), которое может быть изменено при записи файла модели на диск. Окно содержит панель меню пользователя, панель инструментов и строку состояния. Меню пользователя содержит четыре основных раздела: – File (команды работы с файлами и опции настройки печати); – Edit (команды редактирования модели); 52 – Simulation (команды управления моделированием); – Format (команды изменения оформления модели и ее отобра- жения в окне). Рис. 2.4. Окно новой модели 4. Создать новую модель. Для этого открыть требуемый раздел библиотеки, выбрать необходимый блок, нажать ЛКМ и, не отпуская ее, перетащить выбранный блок в окно модели. Аналогичным образом перетащить все необходимые для создания модели блоки. Соединить входы и выходы блоков в соответствии с их назначе- нием и логикой работы модели. Для соединения блоков на их изображениях имеются значки входных и выходных портов. Чтобы соединить два блока, нужно установить курсор на выход- ной порт одного блока (курсор примет форму крестика), нажать ЛКМ и, не отпуская ее, протянуть линию до входного порта другого блока. Отпустить ЛКМ. При соединении блоков значки портов исчезнут. Чтобы подсоединить связь к уже существующей линии, нужно: установить курсор на линию, нажать правую клавишу мыши (ПКМ), протянуть линию к нужному входному порту, отпустить ПКМ. После соединения блоков необходимо установить их параметры. Для этого двойным щелчком ЛКМ на изображении блока открыть ок- но установки параметров блока и указать необходимые параметры. Окно установки параметров блока состоит из области описания блока, одной или нескольких строк установки параметров блока и управляющих кнопок: Ok (применить установленные параметры и за- крыть окно установки), Cancel (отменить), Help (вызвать файл справ- ки), Apply (применить установленные параметры). Перед запуском модели на выполнение нужно сохранить файл соз- данной модели. Для сохранения файла можно воспользоваться панелью 53 инструментов либо командой сохранения файла из раздела File. В появив- шемся диалоговом окне ввести имя файла, и файл модели будет сохранен в текущей директории MATLAB (по умолчанию – директория Work). 5. Установить параметры моделирования. Для этого в разделе Simulation в меню пользователя выбрать команду Parameters, которая откроет окно настроек параметров моделирования. 6. Запустить процесс моделирования, воспользовавшись панелью инструментов окна модели или командой Start раздела Simulation. Рассмотрим особенности настройки часто используемого блока Scope, входящего в модели. Блок Scope позволяет в процессе моделирования наблюдать ди- намику изменения сигналов в системе. Создаваемое с его помощью «смотровое окно» напоминает экран измерительного прибора. Открыть окно блока можно только после того, как блок помещен в окно модели (дважды щелкнув на изображении блока ЛКМ). Размер и пропорции окна можно менять произвольно, используя курсор мыши. По оси ординат шкалы измерений откладываются значения наблю- даемой величины, по оси абсцисс – значения модельного времени. В случае векторного входного сигнала для каждого элемента век- тора в окне строится отдельная кривая. Выводимые кривые различа- ются цветом, который устанавливается автоматически. Для управления параметрами окна блока в нем имеется панель меню (рис. 2.5). 1 2 3 4 5 6 7 Рис. 2.5. Панель инструментов блока Scope: 1 – изменение масштаба осей графика; 2 – изменение масштаба по оси абсцисс; 3 – изменение масштаба по оси ординат; 4 – автоматическая установка оптимального масштаба осей; 5 – запоминание установленного масштаба осей; 6 – вызов диалогового окна настройки параметров блока; 7 – печать содержимого окна блока Для изменения масштаба по выбранной оси координат необходи- мо сначала нажать на одну из кнопок изменения масштаба, подвести курсор мыши к участку графика, который должен быть отображен в новом масштабе, щелкнуть ЛКМ. 54 Окно настройки параметров блока (окно Properties) открывается щелчком ЛКМ на управляющей кнопке 6 (рис. 2.5). Оно содержит две вкладки: – Axes (оси), позволяющая устанавливать параметры осей графика; – Setting (установки), предназначена для ввода дополнительных параметров блока. При моделировании сложных систем с помощью пакета Simulink целесообразным является формирование отдельных блоков в виде подсистем, для которых можно задавать собственные параметры. Подсистема формируется из группы отдельных блоков следующим образом: выделяется группа блоков, в меню Edit выбирается опция Create Subsystem и после этого группа блоков преобразуется в один блок с соответствующим числом входов и выходов. Маскируемая подсистема выделяется нажатием левой клавиши мыши, в меню Edit выбирается опция Mask Subsystem и после этого появляется окно, где можно задавать параметры маскируемой подсис- темы. Далее выбирается панель Initialization, где в окне Prompt вво- дится наименование параметра подсистемы, которое будет в даль- нейшем отображаться, а в окне Variable задается описывающая этот же параметр переменная, которая в дальнейшем вводится в окна па- раметров различных блоков. Таким образом, маскирование подсисте- мы позволяет задавать глобальные переменные, относящиеся ко всей подсистеме. |