В этом примере показано, как измерить частоту ошибок пакетов канала IEEE ® 802.11n™ HT с помощью сквозного моделирования с использованием модели канала TGn с замиранием и аддитивного белого гауссова шума.
В этом примере сквозное моделирование используется для определения частоты ошибок пакетов для линии связи 802.11n HT [1] с каналом замирания в выбранных точках SNR. В каждой точке SNR несколько пакетов передаются через канал, демодулируются и PSDU восстанавливаются. Блоки PSDU сравниваются с переданными блоками для определения количества ошибок пакета и, следовательно, частоты ошибок пакета. Обнаружение пакетов, синхронизация синхронизации, коррекция смещения несущей частоты и отслеживание фазы выполняются приемником. Обработка для каждого пакета суммирована на следующей диаграмме.
В этом примере также показано, как parfor цикл может использоваться вместо for цикл при моделировании каждой точки SNR для ускорения моделирования. parfor функция, как часть Toolbox™ параллельных вычислений, выполняет обработку для каждого SNR параллельно, чтобы уменьшить общее время моделирования.
В этом примере моделируется передача 802.11n HT. Объект конфигурации формата HT, wlanHTConfig, содержит специфичную для формата конфигурацию передачи. Свойства объекта содержат конфигурацию. В этом примере объект конфигурируется для полосы пропускания канала 20 МГц, 2 передающих антенн, 2 пространственных временных потока и без пространственного временного блочного кодирования.
% 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
В этом примере модель канала TGn N-LOS используется с профилем задержки Model-B. Для модели В, когда расстояние между передатчиком и приемником больше или равно пяти метрам, используется модель 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';
Для каждой точки SNR в векторе snr генерируют, пропускают через канал и демодулируют несколько пакетов для определения частоты ошибок пакетов.
snr = 25:10:45;
Количество пакетов, протестированных в каждой точке SNR, контролируется двумя параметрами:
maxNumPEs - максимальное количество ошибок пакетов, моделируемых в каждой точке SNR. Когда количество ошибок пакетов достигает этого предела, моделирование в этой точке SNR завершается.
maxNumPackets является максимальным количеством пакетов, моделируемых в каждой точке SNR, и ограничивает продолжительность моделирования, если предел ошибки пакета не достигнут.
Выбранные в этом примере числа приведут к очень короткому моделированию. Для получения значимых результатов рекомендуется увеличить число.
maxNumPEs = 10; % The maximum number of packet errors at an SNR point maxNumPackets = 100; % Maximum number of packets at an SNR point
Задайте остальные переменные для моделирования.
% 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);
Для каждой точки SNR тестируется количество пакетов и вычисляется частота ошибок пакетов.
Для каждого пакета выполняются следующие шаги обработки:
PSDU создается и кодируется для создания сигнала одного пакета.
Сигнал пропускается через другую реализацию модели канала TGn.
AWGN добавляется к принятой форме сигнала для создания требуемого среднего SNR на поднесущую после демодуляции OFDM. comm.AWGNChannel объект сконфигурирован для обеспечения правильного SNR. Конфигурация учитывает нормализацию в канале по количеству приемных антенн и энергии шума в неиспользуемых поднесущих, которые удаляются во время демодуляции OFDM.
Пакет обнаружен.
Грубый сдвиг несущей частоты оценивается и корректируется.
Устанавливается точная синхронизация по времени. Выборки L-STF, L-LTF и L-SIG предусмотрены для точной синхронизации, чтобы обеспечить возможность обнаружения пакетов в начале или конце L-STF.
Оценивают и корректируют точный сдвиг несущей частоты.
HT-LTF извлекается из синхронизированного принятого сигнала. HT-LTF демодулируется OFDM и выполняется оценка канала.
Поле HT Data извлекается из синхронизированного принятого сигнала. PSDU восстанавливается с использованием выделенного поля и оценки канала.
A parfor шлейф может использоваться для параллельной обработки точек SNR, поэтому для каждой точки SNR создается и конфигурируется канал AWGN с помощью comm.AWGNChannel объект. Чтобы разрешить использование параллельных вычислений для увеличения скорости комментировать оператор «for» и раскомментировать оператор «parfor» 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
figure; semilogy(snr,packetErrorRate,'-ob'); grid on; xlabel('SNR [dB]'); ylabel('PER'); title('802.11n 20MHz, MCS15, Direct Mapping, 2x2 Channel Model B-NLOS');
Количество пакетов, протестированных в каждой точке SNR, контролируется двумя параметрами: maxNumPEs и maxNumPackets. Для получения значимых результатов рекомендуется, чтобы эти значения были больше значений, представленных в этом примере. Увеличение количества моделируемых пакетов позволяет сравнивать PER при различных сценариях. Попробуйте изменить схему кодирования передачи на LDPC и сравнить частоту ошибок пакетов. В качестве примера приведенный ниже рисунок был создан путем выполнения примера для maxNumPEs:: 200 и maxNumPackets10000, с четырьмя различными конфигурациями; 1x1 и 2x2 с кодировкой BCC и LDPC.
В этом примере используются следующие вспомогательные функции:
Стандарт IEEE Std 802.11™-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).