Анализ помехозащищенных протоколов, использующих OFDM-технологии Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Анализ помехозашишенных протоколов, использующих OFDM-технологии

Евстигнеев А.С.

Военная академия связи, г. Санкт-Петербург Аннотация

В статье рассматриваются особенности формирования OFDM-сигналов на основе известных стандартов. Анализируются достоинства и недостатки данной технологии для передачи информации. Приводятся данные оценки зависимости ошибочных пакетов от скорости передачи информации. Обосновываются предложения по повышению помехоустойчивости и защищенности OFDM-сигналов.

Ключевые слова: OFDM-технологии; анализ протоколов; помехозащищенные протоколы; повышенная помехозащищенность; помехозащищенные линии.

Введение

В настоящее время актуальным вопросом является адаптация протоколов (802.11a, 802.11g, 802.16), использующих OFDM-сигналы (Orthogonal frequency-division multiplexing -мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов) для применения их в помехозащищенных системах связи. Изначально стандарты (802.11a, 802.11g, 802.16) не предназначались для применения в системах связи с повышенной помехозащищенностью, поэтому используемые в них сигналы и протоколы обладают достаточно низкой помехоустойчивостью.

Между тем, проведенные экспериментальные исследования помехоустойчивости приемников беспроводных сетей по стандарту 802.11g различных производителей к воздействию гармонической помехи на одной из OFDM несущих показали следующее [1]. В стандарте 802.11g используется OFDM-технология, формирующая сигнал на 52 поднесущих (нумерация ведется от значения -26 до +26), 4 из которых позиции -21, -7, 7, 21 отведены для передачи пилот-сигналов. Эти данные рассматривались в качестве исходных при моделировании условий потенциальной помеховой ситуации, результаты эксперимента приведены на рис. 1 и 2.

Так, на рис. 1 представлена зависимость количества ошибочных пакетов от частотной позиции гармонической помехи при различных отношениях мощности сигнала к мощности помехи (ОСШ) (на графиках обозначены как SJR) для скорости передачи информации 24 Мбит/с (манипуляция КАМ-16, кодовая скорость 1/2). Анализ результатов показал, что даже низкоэнергетическая гармоническая помеха способна вызвать существенное ухудшение качества связи. Между тем, в [2] обосновано, что для максимально допустимой излучаемой мощности Европейских коммерческих передатчиков стандарта 802.11g 100 мВт (20 dBm), гармоническая помеха с мощностью всего 3,2 мВт, поставленная на частоте пилот сигнала (порядковый номер -21), приводит к 90% ошибок в принимаемых пакетах. Дальнейшие увеличение мощности помехи ведет к полному нарушению связи.

РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ

Рис. 1. Зависимость количества (в %) ошибочных пакетов от частотной позиции гармонической помехи при различных ОСШ ^Ж) для скорости передачи информации 24 Мбит/сек (манипуляция QAM-16, кодовая скорость 1/2)

Интересным моментом явилось то, что при переходе к менее высокоскоростным видам манипуляции эффективность помехи в тех же условиях значительно снизилась. Так, на рис. 2 приведена зависимость количества ошибочных пакетов (в %) от частотного положения гармонической помехи при различных значениях ОСШ для скорости передачи информации 9 Мбит/сек (манипуляция ФМ2, кодовая скорость 3/4).

го -10 о 1я го

Рис. 2. Зависимость количества ошибочных пакетов (в %) от частотной позиции гармонической помехи для различных ОСШ ^Ж) для скорости передачи информации 9 Мбит/сек (манипуляция ФМ2, кодовая скорость 3/4)

Между тем, протокол 802.11 лишь оговаривает структуру сигнала, а реализация алгоритма приема и обработки зависит только от производителя.

Таким образом, системы связи, использующие OFDM-технологии, без принятия специальных мер весьма чувствительны к гармоническим помехам, что подтверждается результатами исследований, проведенных в [3], применительно к стандарту 802.1^.

Заключение

Аналогичные результаты относительно протокола 802.16 получены в [4], т.е. для использования протоколов 802.11a, 802.11g, 802.16 (OFDM, OFDMA) в помехозащищенных системах связи необходимо принятие специальных мер. В качестве таковых следует рассматривать.

Во-первых, отказ от использования высокоскоростных модуляционных форматов, таких как КАМ16 и КАМ64.

Во-вторых, рандомизировать положения пилот-несущих в пределах 52 фиксированных частот.

В-третьих, увеличить используемых в протоколах 802.11a и 802.11g, 802.16 базу сигналов, за счет увеличения ширины спектра, либо снижения информационной скорости. Перспективным является совместное использование OFDM-технологии, с прямым расширением спектра каждого символа путем их кодирования псевдослучайными последовательностями.

i-methods 15 3-2014

В четвертых, ограничивать используемую частотную область.

В-пятых, применять высокоэффективные помехоустойчивые схемы кодирования, в частности, турбо-коды с итеративными алгоритмами приема. Например, целесообразно использовать турбо-коды с высокой избыточностью (R < 0,1) и межблоковым перемежением.

Для повышения скрытности работы помехозащищенных линий радиосвязи предлагается отказаться от использования циклического префикса (повторения части OFDM-символа в защитных интервалах). Циклический префикс является контрастным признаком, позволяющим легко обнаруживать факт передачи радиолиний и легко обнаруживается по результатам корреляции сигнала с его сдвинутой по времени реализацией.

Литература

1. Block F., "Comparison of jamming robustness of airborne networking waveforms".

2. Pietikainen K., Silvennoinen A., "IEEE 802.11g tolerance to narrowband jamming".

3. Karhima T., Silvenoinen A. "IEEE 802.11b/g wlan tolerance to jamming". // Military Communications Conference (MILCOM). 2004. 1364-1370 рр.

4. Li J., Haggman S. "Performance Improvement of IEEE802.16-2004 system in jamming Environment vial Link Adaptation".

Для цитирования:

Евстигнеев А.С., Анализ помехозащищенных // i-methods. 2014. Т. 6. № 3. С. 14-16.

протоколов, использующих OFDM-технологии

Analysis of interference-tolerant protocols that use OFDM technology

Evstigneev.A.S.

Military Academy of communications, St. Petersburg

Abstract

The article considers peculiarities of formation of OFDM signals on the basis of known standards. Analyzes the strengths and shortcomings of this technology to transmit information. Data evaluation according to the erroneous packets from transmission rate information. Substantiates proposals on increase of a noise stability and security of OFDM signals.

Keywords: OFDM technologies; analysis of protocols; interference-tolerant protocols; the increased noise immunity; interference-tolerant lines.

References

1. Block F., "Comparison of jamming robustness of airborne networking waveforms".

2. Pietikainen K., Silvennoinen A., "IEEE 802.11g tolerance to narrowband jamming".

3. Karhima T., Silvenoinen A. "IEEE 802.11b/g wlan tolerance to jamming". // Military Communications Conference (MILCOM). 2004. Pp. 1364-1370.

4. Li J., Haggman S. "Performance Improvement of IEEE802.16-2004 system in jamming Environment vial Link Adaptation".

For citation:

Evstigneev.A.S. Analysis of interference-tolerant protocols that use OFDM technology // i-methods. 2014. T. 6. No. 3. Pp. 14-16.