802.11n пакетная симуляция коэффициента ошибок для 2x2 канал TGn

Открыть скрипт

В этом примере показано, как измерить пакетный коэффициент ошибок ссылки IEEE® 802.11n™ HT с помощью сквозной симуляции с исчезновением, TGn образовывают канал и аддитивный белый Гауссов шум модели.

Введение

В этом примере сквозная симуляция используется, чтобы определить пакетный коэффициент ошибок для 802.11n ссылка HT [1] с исчезающим каналом по выбору точек ОСШ. В каждой точке ОСШ несколько пакетов передаются через канал, демодулируемый и восстановленный PSDUs. PSDUs сравниваются с переданными, чтобы определить количество пакетных ошибок и следовательно пакетного коэффициента ошибок. Пакетное обнаружение, временная синхронизация, несущая частота возместила коррекцию, и отслеживание фазы выполняются приемником. Обработка для каждого пакета получена в итоге в следующей схеме.

Этот пример также демонстрирует как parfor цикл может использоваться вместо for цикл при симуляции каждого ОСШ указывает, чтобы ускорить симуляцию. parfor функция, как часть Parallel Computing Toolbox™, выполняет обработку для каждого ОСШ параллельно, чтобы уменьшать общее время симуляции.

Настройка формы волны

802.11n передача HT симулирована в этом примере. Объект настройки формата HT, wlanHTConfig, содержит формат определенная настройка передачи. Свойства объекта содержат настройку. В этом примере объект сконфигурирован для пропускной способности канала на 20 МГц, 2 антенн передачи, 2 потоков времени пробела и никакого блочного кодирования времени пробела.

% Create a format configuration object for a 2-by-2 HT transmission
cfgHT = wlanHTConfig;
cfgHT.ChannelBandwidth = 'CBW20'; % 20 MHz channel bandwidth
cfgHT.NumTransmitAntennas = 2;    % 2 transmit antennas
cfgHT.NumSpaceTimeStreams = 2;    % 2 space-time streams
cfgHT.PSDULength = 1000;          % PSDU length in bytes
cfgHT.MCS = 15;                   % 2 spatial streams, 64-QAM rate-5/6
cfgHT.ChannelCoding = 'BCC';      % BCC channel coding

Настройка канала

В этом примере модель канала N-LOS TGn используется с Моделью-B профиля задержки. Для Модели-B, когда расстояние между передатчиком и приемником больше или равно пяти метрам, модель является NLOS. Это описано далее в wlanTGnChannel.

% Create and configure the channel
tgnChannel = wlanTGnChannel;
tgnChannel.DelayProfile = 'Model-B';
tgnChannel.NumTransmitAntennas = cfgHT.NumTransmitAntennas;
tgnChannel.NumReceiveAntennas = 2;
tgnChannel.TransmitReceiveDistance = 10; % Distance in meters for NLOS
tgnChannel.LargeScaleFadingEffect = 'None';

Параметры симуляции

Поскольку каждый ОСШ указывает в векторном snr много пакетов генерируются, проходятся канал и демодулируются, чтобы определить пакетный коэффициент ошибок.

snr = 25:10:45;

Количеством пакетов, протестированных в каждой точке ОСШ, управляют два параметра:

maxNumPEs максимальное количество пакетных ошибок, симулированных в каждой точке ОСШ. Когда количество пакетных ошибок достигает этого предела, симуляция в этой точке ОСШ завершена.
maxNumPackets максимальное количество пакетов, симулированных в каждой точке ОСШ, и ограничивает продолжительность симуляции, если пакетный предел погрешности не достигнут.

Числа, выбранные в этом примере, приведут к очень короткой симуляции. Для значимых результатов мы рекомендуем увеличить числа.

maxNumPEs = 10; % The maximum number of packet errors at an SNR point
maxNumPackets = 100; % Maximum number of packets at an SNR point

Установите остающиеся переменные для симуляции.

% Get the baseband sampling rate
fs = wlanSampleRate(cfgHT);

% Get the OFDM info
ofdmInfo = wlanHTOFDMInfo('HT-Data',cfgHT);

% Set the sampling rate of the channel
tgnChannel.SampleRate = fs;

% Indices for accessing each field within the time-domain packet
ind = wlanFieldIndices(cfgHT);

Обработка точек ОСШ

Поскольку каждый ОСШ указывает, что много пакетов тестируются и пакетный вычисленный коэффициент ошибок.

Для каждого пакета происходят выполняющие шаги обработки:

PSDU создается и кодируется, чтобы создать одну пакетную форму волны.
Форма волны передается посредством различной реализации модели канала TGn.
AWGN добавляется к полученной форме волны, чтобы создать желаемый средний ОСШ на поднесущую после демодуляции OFDM. comm.AWGNChannel объект сконфигурирован, чтобы обеспечить правильный ОСШ. Настройка составляет нормализацию в канале количеством, получают антенны и шумовую энергию в неиспользованных поднесущих, которые удалены во время демодуляции OFDM.
Пакет обнаруживается.
Крупное смещение несущей частоты оценивается и корректируется.
Прекрасная временная синхронизация устанавливается. L-STF, L-LTF и выборки L-SIG обеспечиваются для прекрасной синхронизации, чтобы допускать пакетное обнаружение в запуске или конце L-STF.
Прекрасное смещение несущей частоты оценивается и корректируется.
HT-LTF извлечен из синхронизируемой полученной формы волны. HT-LTF является демодулируемым OFDM, и оценка канала выполняется.
Поле данных HT извлечено из синхронизируемой полученной формы волны. PSDU восстанавливается с помощью извлеченного поля и оценки канала.

parfor цикл может использоваться, чтобы параллелизировать обработку точек ОСШ, поэтому для каждой точки ОСШ, что канал AWGN создается и конфигурируется с comm.AWGNChannel объект. Чтобы включить использование параллельных вычислений для увеличенной скорости комментируют 'для' оператора и не комментируют 'parfor' оператор ниже.

S = numel(snr);
packetErrorRate = zeros(S,1);
%parfor i = 1:S % Use 'parfor' to speed up the simulation
for i = 1:S % Use 'for' to debug the simulation
    % Set random substream index per iteration to ensure that each
    % iteration uses a repeatable set of random numbers
    stream = RandStream('combRecursive','Seed',0);
    stream.Substream = i;
    RandStream.setGlobalStream(stream);

    % Create an instance of the AWGN channel per SNR point simulated
    awgnChannel = comm.AWGNChannel;
    awgnChannel.NoiseMethod = 'Signal to noise ratio (SNR)';
    % Normalization
    awgnChannel.SignalPower = 1/tgnChannel.NumReceiveAntennas;
    % Account for energy in nulls
    awgnChannel.SNR = snr(i)-10*log10(ofdmInfo.FFTLength/ofdmInfo.NumTones);

    % Loop to simulate multiple packets
    numPacketErrors = 0;
    n = 1; % Index of packet transmitted
    while numPacketErrors<=maxNumPEs && n<=maxNumPackets
        % Generate a packet waveform
        txPSDU = randi([0 1],cfgHT.PSDULength*8,1); % PSDULength in bytes
        tx = wlanWaveformGenerator(txPSDU,cfgHT);

        % Add trailing zeros to allow for channel filter delay
        tx = [tx; zeros(15,cfgHT.NumTransmitAntennas)]; %#ok<AGROW>

        % Pass the waveform through the TGn channel model
        reset(tgnChannel); % Reset channel for different realization
        rx = tgnChannel(tx);

        % Add noise
        rx = awgnChannel(rx);

        % Packet detect and determine coarse packet offset
        coarsePktOffset = wlanPacketDetect(rx,cfgHT.ChannelBandwidth);
        if isempty(coarsePktOffset) % If empty no L-STF detected; packet error
            numPacketErrors = numPacketErrors+1;
            n = n+1;
            continue; % Go to next loop iteration
        end

        % Extract L-STF and perform coarse frequency offset correction
        lstf = rx(coarsePktOffset+(ind.LSTF(1):ind.LSTF(2)),:);
        coarseFreqOff = wlanCoarseCFOEstimate(lstf,cfgHT.ChannelBandwidth);
        rx = helperFrequencyOffset(rx,fs,-coarseFreqOff);

        % Extract the non-HT fields and determine fine packet offset
        nonhtfields = rx(coarsePktOffset+(ind.LSTF(1):ind.LSIG(2)),:);
        finePktOffset = wlanSymbolTimingEstimate(nonhtfields,...
            cfgHT.ChannelBandwidth);

        % Determine final packet offset
        pktOffset = coarsePktOffset+finePktOffset;

        % If packet detected outwith the range of expected delays from the
        % channel modeling; packet error
        if pktOffset>15
            numPacketErrors = numPacketErrors+1;
            n = n+1;
            continue; % Go to next loop iteration
        end

        % Extract L-LTF and perform fine frequency offset correction
        lltf = rx(pktOffset+(ind.LLTF(1):ind.LLTF(2)),:);
        fineFreqOff = wlanFineCFOEstimate(lltf,cfgHT.ChannelBandwidth);
        rx = helperFrequencyOffset(rx,fs,-fineFreqOff);

        % Extract HT-LTF samples from the waveform, demodulate and perform
        % channel estimation
        htltf = rx(pktOffset+(ind.HTLTF(1):ind.HTLTF(2)),:);
        htltfDemod = wlanHTLTFDemodulate(htltf,cfgHT);
        chanEst = wlanHTLTFChannelEstimate(htltfDemod,cfgHT);

        % Extract HT Data samples from the waveform
        htdata = rx(pktOffset+(ind.HTData(1):ind.HTData(2)),:);

        % Estimate the noise power in HT data field
        nVarHT = htNoiseEstimate(htdata,chanEst,cfgHT);

        % Recover the transmitted PSDU in HT Data
        rxPSDU = wlanHTDataRecover(htdata,chanEst,nVarHT,cfgHT);

        % Determine if any bits are in error, i.e. a packet error
        packetError = any(biterr(txPSDU,rxPSDU));
        numPacketErrors = numPacketErrors+packetError;
        n = n+1;
    end

    % Calculate packet error rate (PER) at SNR point
    packetErrorRate(i) = numPacketErrors/(n-1);
    disp(['SNR ' num2str(snr(i))...
          ' completed after '  num2str(n-1) ' packets,'...
          ' PER: ' num2str(packetErrorRate(i))]);
end

SNR 25 completed after 11 packets, PER: 1
SNR 35 completed after 45 packets, PER: 0.24444
SNR 45 completed after 100 packets, PER: 0.01

Постройте пакетный коэффициент ошибок по сравнению с результатами ОСШ

figure;
semilogy(snr,packetErrorRate,'-ob');
grid on;
xlabel('SNR [dB]');
ylabel('PER');
title('802.11n 20MHz, MCS15, Direct Mapping, 2x2 Channel Model B-NLOS');

Дальнейшее исследование

Количеством пакетов, протестированных в каждой точке ОСШ, управляют два параметра; maxNumPEs и maxNumPackets. Для значимых результатов рекомендуется, чтобы эти значения были больше, чем представленные в этом примере. Увеличение числа симулированных пакетов позволяет PER согласно различным сценариям быть сравненным. Попытайтесь изменить схему кодирования передачи в LDPC и сравните пакетный коэффициент ошибок. Как пример, фигура ниже была создана путем выполнения примера для maxNumPEs: 200 и maxNumPackets: 10000, с четырьмя различными настройками; 1x1 и 2x2 с BCC и кодированием LDPC.

Приложение

Этот пример использует следующие функции помощника:

Выбранная библиография

Станд. IEEE 802.11™-2012 Стандарт IEEE для Информационных технологий - Телекоммуникаций и обмена информацией между системами - Локальными сетями и городскими компьютерными сетями - Конкретными требованиями - Часть 11: Беспроводное Среднее управление доступом (MAC) LAN и Физический уровень (PHY) Технические требования.

Документация