Введение

Стандарт IEEE 802.11ad [1], обычно называемый направленной многогигабитной (DMG), обеспечивает пропускную способность до 7 Гбит/с с использованием диапазона частот 60 ГГц в промышленности, науке и медицине (ISM). Стандарт DMG поддерживает три типа PHY:

DMG определяет четыре рабочих канала шириной 2,16 ГГц, обычно в диапазоне 57-66 ГГц. Тест спектральной маски, как показано в этом примере, гарантирует, что передача в одном канале не вызывает существенных помех в соседних каналах. Канализация DMG показана на рисунке ниже.

SC DMG PHY использует модуляцию с одной несущей для недорогих приложений с малым радиусом действия. Этот пример показывает, как может быть выполнено формирование импульсов и измерения спектральной маски для модулированного сигнала SC DMG. Сигнал генерируется с использованием WLAN Toolbox™, но также может использоваться сигнал, захваченный анализатором спектра. Маска спектра передатчика и требуемая спектральная плоскостность для конфигурации DMG указаны в IEEE 802.11ad [1], раздел 20.3.2.

В этом примере генерируются пять пакетов DMG SC, каждый из которых разделен интервалом в одну микросекунду. В каждом пакете используются случайные данные, и используется pi/2-16QAM модуляция. Для удовлетворения требований к спектральной маске форма сигнала основной полосы частот усиливается и фильтруется для уменьшения внеполосных излучений. Модель усилителя высокой мощности (HPA) используется для введения внутриполосных искажений и расширения спектра. Измерение спектральной маски излучения выполняют по сигналу с повышенной дискретизацией после моделирования HPA. Схема испытаний показана на следующей схеме:

DMG, конфигурация пакета с одной несущей

В этом примере генерируется сигнал IEEE 802.11ad, состоящий из множества пакетов DMG SC. Свойства формы сигнала DMG SC определены в wlanDMGConfig объект конфигурации. Объект настроен для индекса MCS 12, без TrainingLength поля, добавляемые к пакетам. Согласно тестовым требованиям (указанным в IEEE 802.11ad, раздел 21.3.2), PSDULength устанавливается равным 20000 для пакета, чтобы гарантировать, что спектральная маска передачи измеряется в пакете DMG дольше 10 микросекунд.

cfgDMG = wlanDMGConfig;    % DMG packet configuration
cfgDMG.MCS = 12;           % SC PHY with pi/2-16QAM modulation
cfgDMG.PSDULength = 20000; % Length in Bytes

Генерация сигналов основной полосы частот

Генератор формы сигнала может быть сконфигурирован для генерации одного или более пакетов с временем простоя между каждым пакетом. В этом примере: wlanWaveformGenerator выполнен с возможностью формирования пяти пакетов, заполненных случайными полезными данными. Каждый пакет разделен на один микросекундный период ожидания между ними, и для генерации каждого пакета используется случайное начальное число скремблера.

% Set random stream for repeatability of results
s = rng(98765);

% Generate a multi-packet waveform
idleTime = 1e-6; % One microsecond idle time between packets
numPackets = 5;  % Generate five packets

% Create random bits for all payload data; PSDULength is in bytes
psdu = randi([0 1],cfgDMG.PSDULength*8*numPackets,1);

% Override the ScramblerInitialization property of the DMG configuration
% object by specifying the scrambler initialization
genWaveform = wlanWaveformGenerator(psdu,cfgDMG,...
    'IdleTime',idleTime, ...
    'NumPackets',numPackets, ...
    'ScramblerInitialization',randi([1 127],numPackets,1));

% Get the sampling rate of the waveform
fs = wlanSampleRate(cfgDMG);
disp(['Baseband sampling rate: ' num2str(fs/1e6) ' Msps']);

Baseband sampling rate: 1760 Msps

Избыточная выборка и фильтрация

Спектральная фильтрация используется для уменьшения внеполосных спектральных излучений за счет расширенных спектральных характеристик передаваемого сигнала и спектрального нарастания, вызванного HPA в радиочастотной цепи. Форма сигнала должна быть избыточно дискретизирована для моделирования влияния HPA на форму сигнала и просмотра внеполосных спектральных излучений. В этом примере форма сигнала избыточно дискретизируется и фильтруется через повышенный косинусный фильтр с использованием comm.RaisedCosineTransmitFilter. Для удовлетворения требований к спектральной маске приподнятый косинусный фильтр усекается до длительности восьми символов и коэффициент скатывания устанавливается равным 0,5.

% Define the pulse shaping filter characteristics
Nsym = 8;   % Filter span in symbol durations
beta = 0.5; % Roll-off factor
osps = 4;   % Output samples per symbol

% Create raised cosine transmit filter system object
rcosFlt = comm.RaisedCosineTransmitFilter(...
    'Shape','Normal', ...
    'RolloffFactor',beta, ...
    'FilterSpanInSymbols',Nsym, ...
    'OutputSamplesPerSymbol',osps);

% Filter transmit signal for pulse shaping
filterWaveform = rcosFlt([genWaveform; zeros(Nsym/2,1)]);

% Plot the magnitude and phase response of the pulse shaping filter
h = fvtool(rcosFlt,'Analysis','freq');
h.FS = osps*fs;                % Set sampling rate
h.NormalizedFrequency = 'off'; % Plot responses against frequency

Моделирование усилителя высокой мощности

В радиочастотной цепи HPA является необходимым компонентом, но он вводит нелинейное поведение в виде внутриполосных искажений и спектрального роста. Модель Rapp, описанная в [2], может использоваться для моделирования усилителя мощности 802.11ad. Модель Rapp вызывает искажение AM/AM и моделируется с помощью comm.MemorylessNonlinearity. HPA резервируется для работы ниже точки насыщения для уменьшения искажений.

hpaBackoff = 0.5; % Power Amplifier backoff in dB

% Create and configure a memoryless nonlinearity to model HPA
nonLinearity = comm.MemorylessNonlinearity;
nonLinearity.Method = 'Rapp model';
nonLinearity.Smoothness = 0.81;                        % Smoothness factor
nonLinearity.LinearGain = 10*log10(4.65) - hpaBackoff; % Small signal gain
nonLinearity.OutputSaturationLevel = 0.58;             % Saturation level

% Apply the model
txWaveform = nonLinearity(filterWaveform);

Измерение маски излучения спектра передачи

IEEE 802.11ad [1], раздел 20.3.2, определяет спектральную маску передачи, которой должны соответствовать все формы сигналов DMG, и описывает характеристики пакета. В соответствии с определением теста пакеты не должны иметь добавленных полей обучения и иметь длительность более 10 микросекунд.

dBrLimits = [-30 -30 -22 -17 0 0 -17 -22 -30 -30];
fLimits = [-Inf -3.06 -2.7 -1.2 -0.94 0.94 1.2 2.7 3.06 Inf] * 1e3;
rbw = 1e6; % Resolution bandwidth in Hz
vbw = 300e3; % Video bandwidth in Hz

Использовать функцию помощника helperSpectralMaskTest для формирования графика, перекрывающего требуемую спектральную маску с измеренным PSD. Он проверяет, что передаваемые уровни PSD находятся в пределах указанных уровней маски, и отображает состояние прохождения/отказа после теста.

helperSpectralMaskTest(txWaveform,fs,osps,dBrLimits,fLimits,rbw,vbw);

% Restore default stream
rng(s);

   Spectrum mask passed

Заключение и дальнейшие исследования

Спектральная маска передачи для сигнала DMG SC в диапазоне 60 ГГц для полосы пропускания канала 2,16 ГГц показана в этом примере. Это также иллюстрирует, что спектр передаваемого сигнала удовлетворяет регуляторным ограничениям, попадая в спектральную маску после формирования импульса. Аналогичный результат может быть получен для DMG Control и OFDM PHY.

Модель HPA и спектральная фильтрация влияют на внеполосные излучения на графике спектральной маски. Для одной несущей и управления PHY можно попробовать использовать различные параметры фильтра формирования импульсов и/или уменьшить или увеличить коэффициент сглаживания.

Для получения информации о других измерениях передатчика, таких как точность модуляции и спектральная плоскостность, см. следующие примеры:

Приложение

В этом примере используются следующие вспомогательные функции:

Избранная библиография