Software-defined radio OFDM frame generation according to IEEE 802.22

Tato práce navrhuje nový radio komunikační standard AWRAN určený pro přístup k radioamatérké síťi HAMNET která nevyžaduje volný LOS k přístupovému bodu. Dále se práce popisuje prototypovou implementaci zjednodušených rámců tohoto standardu na SDR a testovací aparaturou, která je používána pro tyto účely. V první kapitole je představen standard IEEE 802.22 WRAN, ze kterého AWRAN vychází. Jsou popsány pojmy jako OFDM a OFDMA, výhody a způsoby jejich použití. Dále jsou zde popsány také modulační techniky PSK a QAM, kódování pro detekci a opravu chyb přenosu a zdroje těchto chyb. V druhé kapitole je zevrubný popis parametrů navrhovaného standardu AWRAN. Jsou popsány OFDM parametry, struktura rámců a superrámců. Je popsán způsob co-existence více buněk AWRAN a přesná podoba čtrnácti řídících zpráv, které umožňují efektivní rozdělení zdrojů přenosového pásma mezi až čtyři základnové stanice a až 63 uživatelů pripojených ke každé z těchto stanic. Třetí kapitola popisuje strukturu zjednodušeního rámce, který byl implementován na testovací aparatuře RPX-100. Popisuje i aparaturu samotnou a její základní stavební hardwarové prvky i softwarovou knihovnu, která byla pro implementaci zjednodušeného rámce použita. V této kapitole je popsán i připravený testovací spoj a teoretický výpočet útlumu tohoto spoje. Čtvrtá kapitola se zabývá programy, které byly v rámci této práce vytvořeny. Dva z nich sloužily pro první seznámení s hardwarem a softvarovými knihovnami. Další program slouží jako generátor dříve popsaných zjednodušených rámců, které následne odesílá za použití SDR. Ten stejný program slouží i jako příjmač těchto rámců. Poslední připravený program provádí simulaci bezdrátového přenosu pomocí matematického modelu kanálu. Dále počítá závislost BER na SNR u takto simulovaného přenosu. V poslední kapitole jsou vypsány funkce, které byly nadefinovány a použity v programech popsaných v předchozí kapitole.This thesis proposes a new radio transmission protocol AWRAN for access to the amateur radio network HAMNET that does not require LOS to the access point. Furthermore, the thesis documents and discusses the prototypical implementation of simplified frames of this protocol on SDR and the test apparatus used for this purpose. The first chapter introduces the IEEE 802.22 WRAN standard on which AWRAN is based. Terms such as OFDM and OFDMA are described, as well as their advantages and applications. There are described the modulation techniques PSK and QAM, channel coding for error detection and correction, and the sources of these errors. The second chapter gives a detailed description of the parameters of the proposed AWRAN protocol. OFDM parameters, frame and superframe structures are described. The method of co-existence of multiple AWRAN cells and the exact form of the fourteen control messages that allow efficient allocation of bandwidth resources among up to four base stations and up to 63 users connected to each of these stations are described. The third section describes the structure of the simplified frame that was implemented on the RPX-100 testbed. It also describes the apparatus itself and its basic hardware building blocks as well as the software library that was used to implement the simplified frame. This chapter also describes the prepared test link and the theoretical calculation of the attenuation of this link. The fourth chapter deals with the programs that were developed as part of this work. Two of them were done for a first introduction to the hardware and software libraries. Another program serves as a generator of the previously described simplified frames, which are sent using SDR. The same program could be used as well as the receiver of these frames. The last program prepared performs a simulation of the wireless transmission using a mathematical model of the channel. It calculates the dependence of BER on SNR for the simulated transmission. The last section lists the functions that were defined and used in programs from the previous section.