В этом примере показано, как моделировать IEEE ® 802.11ad™ канал с одной несущей в Simulink ®, который включает фазированную антенную решетку с формированием радиочастотного луча. В этом примере требуются следующие продукты:
Toolbox™ WLAN для передатчика и приемника основной полосы частот
Toolbox™ системы фазированной решетки для приемной антенной решетки
РЧ- Blockset™ для РЧ-приемника
Эта модель моделирует линию связи 802.11ad с одной несущей (SC) [1] с формированием радиочастотного луча. Несколько пакетов передаются через свободное пространство, затем РЧ-лучи формируются, демодулируются и блоки служебных данных (PSDU) PLCP восстанавливаются. Блоки PSDU сравниваются с блоками, передаваемыми для определения частоты ошибок пакетов. Приемник выполняет обнаружение пакетов, синхронизацию синхронизации по времени, коррекцию смещения несущей частоты и отслеживание фазы на основе уникальных слов.
Функциональный блок MATLAB позволяет моделям Simulink использовать функции MATLAB ®. В этом примере линия связи SC 802.11ad, смоделированная в Simulink, использует функции панели инструментов WLAN, называемые с использованием функциональных блоков MATLAB. Для получения информации о моделировании основной полосы частот 802.11ad в MATLAB см. пример моделирования PHY одной несущей с использованием канала TGay (панель инструментов WLAN).
Система состоит из:
Передатчик основной полосы частот, который генерирует случайный PSDU и пакет SC 802.11ad.
Канал свободного пространства.
Приемная антенная решетка, поддерживающая до 16 элементов. Этот модуль позволяет управлять геометрией массива, количеством элементов в массиве, рабочей частотой и направлением приемника.
Модуль 16-канального РЧ-приемника для обработки РЧ-сигналов. Этот модуль приемника включает в себя малошумящие усилители, фазовращатели, объединитель Уилкинсона 16:1 и понижающий преобразователь. Этот модуль позволяет управлять направлением формирования луча, используемым для вычисления соответствующих фазовых сдвигов.
Приемник основной полосы частот, который восстанавливает переданный PSDU посредством выполнения обнаружения пакетов, синхронизации по времени и частоте, оценки канала, демодуляции PSDU и декодирования.
Диагностика системы включает отображение выровненной совокупности и полученной частоты ошибок пакета.
В следующих разделах более подробно описаны передатчик и приемник.
Блок передатчика основной полосы частот создает случайный PSDU и кодирует биты для создания сигнала одного пакета на основе значений длины MCS и PSDU в блоке параметров модели. Блок генератора пакетов использует функцию wlanWaveformGenerator(Панель инструментов WLAN) для кодирования пакета.
РЧ приемник состоит из усилителей, фазовращателей, объединителя Уилкинсона 16:1 и реализован супергетеродинным способом.
Фазовый сдвиг, применяемый к каждому элементу, вычисляется на основе направления формирования луча. Это обеспечивается пользователем и указывает направление основного луча. Приемник максимизирует SNR, когда основной луч приемника указывает на передатчик. Передатчик ненаправлен, и направление приемника (az, el) указывает направление падающего сигнала. Показан сценарий, в котором направление приемника и направление формирования луча различны. В этом случае происходит уменьшение мощности принимаемого сигнала, приводящее к высокой частоте ошибок пакетов (PER) и величине вектора ошибок (EVM). Эти значения отображаются в разделе результатов.
Приемник основной полосы имеет два компонента: обнаружение пакетов и восстановление пакетов.
Если пакет обнаружен, подсистема восстановления пакета активируется для обработки обнаруженного пакета.
Обработка подсистемы восстановления пакетов состоит из следующих этапов:
Оценка и коррекция смещения частоты.
Оценка синхронизации символов и частотной характеристики канала.
Оценка мощности шума.
Проверка ошибок синхронизации. Это определяет, может ли пакет быть декодирован.
Декодирование пакетов.
В подсистеме декодера пакетов поле данных SC извлекается из синхронизированного принятого сигнала. Затем PSDU восстанавливается с использованием выделенных оценок поля, канала и мощности шума.
При выполнении моделирования отображается частота ошибок пакетов. Модель обновляет PER после обработки каждого пакета. Модель также отображает выровненное созвездие символов вместе с измерением EVM. Следует отметить, что для статистически достоверных результатов требуется длительное время моделирования.
По умолчанию основной луч приемной антенной решетки указывает в направлении: азимут = 0 ° и отметка = 0 °.
При изменении Receiver direction значение в приемной антенной решетке в направлении нуля близости в излучении решетки, EVM увеличивается, и пакеты не могут быть успешно декодированы.
При изменении Beamforming direction значение в РЧ приемнике так, что главный луч указывает на передатчик, EVM улучшается и пакеты успешно декодируются.
Попробуйте изменить значение отношения сигнал/шум (SNR) в блоке «Параметры модели». Увеличение SNR приводит к снижению частоты пакетных ошибок и улучшению EVM группы выровненных символов. Указанный SNR представляет собой отношение сигнал/шум на входе в АЦП, если используется одна цепочка приема. SNR учитывает потери свободного пространства в тракте, тепловой шум и показатель шума ВЧ-компонентов.
Можно изменить геометрию решетки и количество элементов в решетке, присутствующих в блоке приемной антенной решетки. Увеличение числа антенных элементов улучшает EVM. Коэффициент усиления разнесения, обусловленный антенной решеткой приемника, может наблюдаться в созвездии выровненных символов.
В этом примере используются следующие вспомогательные функции:
Стандарт IEEE Std 802.11ad™-2012 IEEE для информационных технологий - Телекоммуникации и обмен информацией между системами - Локальные и городские сети - Особые требования - Часть 11: Спецификации управления доступом к среде беспроводной локальной сети (MAC) и физического уровня (PHY). Поправка 3: Усовершенствования для очень высокой пропускной способности в диапазоне 60 ГГц.