Введение

Стандарт 802.11ah предназначен для использования с расширенным диапазоном и низким энергопотреблением в нелицензионном диапазоне частот 1 ГГц, включая связь между машинами и Интернет вещей. 802.11ah использует более узкие полосы пропускания смежных каналов, чем 802.11n™ и 802.11ac™, для облегчения связи на большие расстояния с низким энергопотреблением при более низкой скорости передачи данных. Допустимыми полосами пропускания канала являются 1, 2, 4, 8 и 16 МГц.

Поскольку 802.11ah использует те же базовые технологии физического уровня, что и 802.11n и 802.11ac, цепочки обработки очень похожи. За исключением передач 1 МГц, в целом данные модулируются с использованием того же процесса, что и в 802.11ac с тактовой частотой 1/10.

В этом примере генерируется ряд форм сигнала 802.11ah S1G [1] для выделения некоторых ключевых режимов и функций стандарта 802.11ah.

Режимы 802.11ah и функции PHY

Стандарт 802.11ah определяет три режима:

Стандарт 802.11ah предназначен для работы как на открытом воздухе, так и в помещении. Бегущие пилоты были введены для компенсации доплеровского разброса, вызванного отражениями из-за движения транспортного средства. В предыдущих стандартах 802.11 местоположения пилот-сигналов фиксируются на одной и той же поднесущей на протяжении всего пакета. Отслеживание изменяющихся условий канала из-за высокой доплеровской среды неэффективно при фиксированных местоположениях пилот-сигнала. Движущиеся пилот-сигналы изменяют поднесущие, которые переносят пилот-сигналы во времени, что улучшает способность отслеживать изменяющиеся условия канала. В этом примере генерируется сигнал для каждого из трех режимов, введенных выше, с выделенными конфигурациями для MCS10 и движущегося пилот-сигнала.

S1G 1MHz Режим

Блок PPDU S1G 1 МГц состоит из пяти полей, все из которых могут формироваться в виде диаграммы направленности:

Показаны примеры формирования формы сигнала для MCS0 и MCS10 1 МГц передач. При использовании MCS10 к короткому учебному полю применяется увеличение мощности на 3 дБ. Это увеличение мощности будет визуализировано.

Функция wlanWaveformGenerator возвращает объект конфигурации S1G. Создайте объект конфигурации S1G для полосы пропускания 1 МГц, 1 передающей антенны, 1 пространственно-временного потока, скорости BPSK 1/2 (MCS0) и длины APEP 256 байт.

cfg1MHz = wlanS1GConfig;
cfg1MHz.ChannelBandwidth = 'CBW1';
cfg1MHz.NumTransmitAntennas = 1;
cfg1MHz.NumSpaceTimeStreams = 1;
cfg1MHz.MCS = 0;
cfg1MHz.APEPLength = 256;

Создайте PSDU случайных битов, используя требуемую длину для указанной конфигурации формата.

psdu = randi([0 1],cfg1MHz.PSDULength*8,1);

Формирование S1G формы сигнала с использованием сконфигурированного объекта формата S1G и PSDU в качестве входных данных для генератора формы сигнала. wlanWaveformGenerator. Генератор формы сигнала модулирует биты PSDU в соответствии с конфигурацией формата. Генератор формы сигнала также выполняет ОМЧР-оконную обработку. В этом примере отображение окон отключено для более четкой визуализации.

% Generate waveform with windowing disabled
txMCS0 = wlanWaveformGenerator(psdu,cfg1MHz,'WindowTransitionTime',0);

Изменение MCS cfg1MHz на 10 и генерируют второй сигнал для демонстрации повышения мощности STF.

cfg1MHz.MCS = 10;
txMCS10 = wlanWaveformGenerator(psdu,cfg1MHz,'WindowTransitionTime',0);

Мощность строится в течение первых 320 микросекунд обеих форм сигнала, чтобы зафиксировать длительность STF и первого LTF в передаче 1 МГц. Обратите внимание на увеличение мощности STF при использовании MCS10. Увеличение мощности необходимо для получения достаточной чувствительности обнаружения пакетов для поддержки MCS10 [2].

t = 320; % Duration to plot in microseconds
sr = wlanSampleRate(cfg1MHz); % Sample rate Hz
tick = (1/sr)*1e6; % Microseconds per sample
hf = figure;
hp(1) = plot(0:tick:t-tick,20*log10(abs(txMCS10(1:t*sr*1e-6,:))),'bx-');
hold on;
hp(2) = plot(0:tick:t-tick,20*log10(abs(txMCS0(1:t*sr*1e-6,:))),'ro-');
xlim([0 t-1]);
ylim([-20 15]);
s1gWavGenPlotFieldOverlay(cfg1MHz,hf);
grid on;
legend(hp,'1 MHz MCS10','1 MHz MCS0','Location','SouthWest');
title('Power of 1 MHz PPDU');
xlabel('Time (us)');
ylabel('Power (dBW)');

S1G > = Режим длинной преамбулы 2 МГц

Длинная преамбула 802.11ah поддерживает одно- и многопользовательские передачи. Длинная преамбула PPDU состоит из двух частей; ненаправленная часть и изменяемая лучом часть.

Всенаправленная часть передается всем пользователям без формирования луча. Он состоит из трех полей:

Изменяемая лучом часть может быть сформирована для каждого пользователя. Он состоит из четырех полей:

Для визуализации повторения первого D-LTF создается объект конфигурации формата преамбулы длиной S1G 2 МГц с использованием wlanS1GConfig и сконфигурирована для одного пространственно-временного потока и одной передающей антенны.

cfgSU = wlanS1GConfig;
cfgSU.ChannelBandwidth = 'CBW2';
cfgSU.Preamble = 'Long';
cfgSU.NumUsers = 1;
cfgSU.NumSpaceTimeStreams = 1;
cfgSU.NumTransmitAntennas = 1;
cfgSU.MCS = 1;
cfgSU.APEPLength = 150;

Сигнал преамбулы длиной > = 2 МГц с одним пространственно-временным потоком генерируется с использованием cfgSU объект.

% Generate a PSDU containing random bits
psdu = randi([0 1],cfgSU.PSDULength*8,1);

% Generate a PPDU waveform
txSU = wlanWaveformGenerator(psdu,cfgSU);

Строятся поля D-LTF и SIG-B. Обратите внимание на повторение D-LTF в символе SIG-B.

s1gWavGenPlotSIGB(cfgSU,txSU);

В качестве сравнения генерируется и визуализируется многопользовательская форма сигнала преамбулы длиной 2 МГц. Сначала создается объект конфигурации формата для двух пользователей. Позиции пользователя, количество пространственных потоков, длина MCS и APEP конфигурируются для каждого пользователя с использованием векторов для параметризации соответствующих свойств cfgMU объект.

cfgMU = wlanS1GConfig;
cfgMU.ChannelBandwidth = 'CBW2';
cfgMU.Preamble = 'Long';
cfgMU.NumUsers = 2;
cfgMU.UserPositions = [0 1];
cfgMU.NumSpaceTimeStreams = [1 1];
cfgMU.NumTransmitAntennas = sum(cfgMU.NumSpaceTimeStreams);
cfgMU.MCS = [1 2];
cfgMU.APEPLength = [150 250];

Для каждого пользователя создается случайный PSDU, и генерируется многопользовательская форма сигнала. длина PSDU для каждого пользователя, cfgMU.PSDULength, рассчитывается на основе свойств передачи cfgMU объект.

% Generate cell array containing the PSDUs for all users
psdu = cell(cfgMU.NumUsers,1);
for i = 1:cfgMU.NumUsers
    psdu{i} = randi([0 1],cfgMU.PSDULength(i),1);
end

% Generate waveform
txMU = wlanWaveformGenerator(psdu,cfgMU);

Два поля D-LTF и поля SIG-B строятся для первого пространственно-временного потока. Следует отметить, что символ SIG-B больше не является повторением D-LTF1, поскольку он переносит MCS на пользователя.

s1gWavGenPlotSIGB(cfgMU,txMU);

S1G > = Режим короткой преамбулы 2 МГц

Форма короткого сигнала преамбулы S1G > = 2 МГц состоит из пяти полей, все из которых могут формироваться лучом:

В этом примере генерируются короткие сигналы преамбулы S1G 2 МГц с движущимися пилотами и без них.

Бегущие пилоты являются опциональной функцией для всех трех режимов S1G, позволяющей использовать наружные линии связи, где доплеровское распространение потенциально вводится из-за движущихся транспортных средств. Для повышения эффективности оценки канала в этой среде подвижные пилоты повышаются в 1,5 раза по сравнению с фиксированными пилотами [3].

Генерируют два = 2 МГц коротких сигнала преамбулы; один с неподвижными пилотами и один с разъездными пилотами. Сначала создается конфигурация формата короткой преамбулы S1G 2 МГц с фиксированными местоположениями пилот-сигнала с использованием wlanS1GConfig объект.

cfgFix = wlanS1GConfig;
cfgFix.ChannelBandwidth = 'CBW2';
cfgFix.Preamble = 'Short';
cfgFix.NumTransmitAntennas = 1;
cfgFix.NumSpaceTimeStreams = 1;
cfgFix.MCS = 0; % BPSK so same power on all subcarriers for analysis
cfgFix.APEPLength = 100;
cfgFix.TravelingPilots = false; % Fixed pilot subcarriers

Генерировать фиксированную форму пилот-сигнала с помощью cfgFix объектные и случайные биты PSDU. Биты PSDU создаются с использованием требуемой длины для указанной конфигурации формата.

% Generate a PSDU containing random bits
psdu = randi([0 1],cfgFix.PSDULength*8,1);

% Generate a PPDU waveform
txFix = wlanWaveformGenerator(psdu,cfgFix);

Извлеките поле данных из формы сигнала временной области, используя известную длительность преамбулы. Постройте график величины OFDM-символов и поднесущих. Местоположение нулей, поднесущих данных и несущих пилот-сигнал поднесущих подсвечиваются. Местоположения пилот-сигнала остаются неизменными в течение всего пакета.

s1gWavGenPlotGrid(txFix,cfgFix, ...
    'Demodulated OFDM symbols with fixed pilots highlighted')

Теперь генерируется сигнал с использованием той же конфигурации, но с движущимися пилотами. Это может быть достигнуто путем изменения TravelingPilots свойство существующего объекта конфигурации и регенерация формы сигнала, но в этом примере создается и используется отдельный объект.

% Copy the format configuration object and enable traveling pilots
cfgTravel = cfgFix;
cfgTravel.TravelingPilots = true;

% Generate waveform with traveling pilots
txTravel = wlanWaveformGenerator(psdu,cfgTravel);

Величина OFDM-символов и поднесущих снова строится на графике. Местоположения пилот-сигнала теперь изменяются на символ OFDM. Величина пилотных поднесущих в 1,5 раза превышает величину поднесущих, несущих данные.

s1gWavGenPlotGrid(txTravel,cfgTravel, ...
    'Demodulated OFDM symbols with traveling pilots highlighted')

Заключение

Этот пример продемонстрировал, как генерировать формы сигналов для различных режимов S1G 802.11ah, и выделил некоторые из ключевых особенностей стандарта.

Приложение

В этом примере используются следующие вспомогательные функции:

Избранная библиография