Введение

IEEE 802.11p [2] - это одобренная поправка к стандарту IEEE 802.11™, обеспечивающая поддержку беспроводного доступа в автомобильной среде (WAVE). С использованием полусинхронизированного режима с полосой пропускания канала 10 МГц он работает на диапазонах 5,85-5,925 ГГц, для которых определены дополнительные спектральные маски излучения [Приложение D от 1].

Этот пример показывает, как измерения спектральной маски могут быть выполнены для передаваемого сигнала. Сигнал генерируется WLAN Toolbox™ для простоты, но также может использоваться сигнал, захваченный анализатором спектра.

Генерируется сигнал, состоящий из трех пакетов IEEE 802.11p 10 МГц, разделенных промежутком в 32 микросекунды. Случайные данные используются для каждого пакета, и используется 16QAM модуляция. Форма сигнала основной полосы частот усиливается и фильтруется для уменьшения внеполосных излучений, тем самым удовлетворяя требованиям к спектральной маске. Используется модель усилителя высокой мощности (HPA), которая вводит внутриполосные искажения и спектральный повторный рост. Измерение спектральной маски излучения выполняют по сигналу с повышенной дискретизацией после моделирования усилителя высокой мощности. Схема испытаний показана на следующей схеме:

Конфигурирование пакетов IEEE 802.11p без HT

В этом примере генерируется форма сигнала IEEE 802.11p, состоящая из множества пакетов формата, отличного от HT. Параметры формата сигнала, не являющегося HT, описаны с использованием объекта конфигурации формата, не являющегося HT. Объект создается с помощью wlanNonHTConfig функция. В этом примере объект сконфигурирован для работы с полосой пропускания 10 МГц, используемой IEEE 802.11p.

cfgNHT = wlanNonHTConfig;          % Create packet configuration
cfgNHT.ChannelBandwidth = 'CBW10'; % 10 MHz
cfgNHT.MCS = 4;                    % Modulation 16QAM, rate-1/2
cfgNHT.PSDULength = 1000;          % PSDU length in bytes

Генерация сигналов основной полосы частот

Генератор формы сигнала может быть сконфигурирован так, чтобы генерировать один или более пакетов и добавлять время простоя между каждым пакетом. В этом примере будут созданы три пакета с периодом ожидания 32 микросекунды. Случайные биты для всех пакетов data создаются и передаются в качестве аргумента wlanWaveformGenerator наряду с объектом конфигурации пакетов без HT cfgNHT и дополнительные параметры формирования формы сигнала. cfgNHT конфигурирует генератор формы сигнала для создания формы сигнала IEEE 802.11p без HT.

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

% Generate a multi-packet waveform
idleTime   = 32e-6;     % 32 microsecond idle time between packets
numPackets = 3;         % Generate 3 packets

% Create random data; PSDULength is in bytes
data = randi([0 1], cfgNHT.PSDULength*8*numPackets, 1);

genWaveform = wlanWaveformGenerator(data, cfgNHT, ...
                'NumPackets', numPackets,...
                'IdleTime', idleTime);

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

Baseband sampling rate: 10 Msps

Избыточная выборка и фильтрация

Спектральная фильтрация используется для уменьшения внеполосных спектральных излучений из-за неявного формирования прямоугольных импульсов в OFDM модуляции и увеличения спектра, вызванного усилителем высокой мощности в радиочастотной цепи. Для моделирования влияния усилителя высокой мощности на форму сигнала и просмотра внеполосных спектральных излучений форма сигнала должна быть избыточно дискретизирована. В этом примере форма сигнала избыточно дискретизируется интерполяционным фильтром, который также действует как спектральный фильтр. Это позволяет форме сигнала удовлетворять требованиям спектральной маски. Форма сигнала избыточно дискретизируется и фильтруется с использованием dsp.FIRInterpolator.

% Oversample the waveform
osf = 3;         % Oversampling factor
filterLen = 100; % Filter length
r = 50;          % Design parameter for Chebyshev window (attenuation, dB)

% Generate filter coefficients and interpolate
coeffs = osf.*firnyquist(filterLen, osf, chebwin(filterLen+1, r));
coeffs = coeffs(1:end-1);   % Remove trailing zero
interpolationFilter = dsp.FIRInterpolator(osf, 'Numerator', coeffs);
filtWaveform = interpolationFilter([genWaveform; zeros(filterLen/2,1)]);

% Plot the magnitude and phase response of the filter applied after
% oversampling
h = fvtool(interpolationFilter);
h.Analysis = 'freq';           % Plot magnitude and phase responses
h.FS = osf*fs;                 % Set sampling rate
h.NormalizedFrequency = 'off'; % Plot responses against frequency

Моделирование усилителя высокой мощности

Усилитель высокой мощности вводит нелинейное поведение в виде внутриполосных искажений и спектрального нарастания. Этот пример моделирует усилители мощности с помощью модели Rapp в 802.11ac [2], которая вводит искажение AM/AM.

Моделирование усилителя с помощью comm.MemorylessNonlinearity объект и сконфигурировать уменьшенное искажение, указав обратную связь, hpaBackoff, так что усилитель работает ниже своей точки насыщения. Для уменьшения EVM для более высоких значений MCS можно увеличить отставание.

pSaturation = 25; % Saturation power of a power amplifier in dBm
hpaBackoff = 16; % dB

% Create and configure a memoryless nonlinearity to model the amplifier
nonLinearity = comm.MemorylessNonlinearity;
nonLinearity.Method = 'Rapp model';
nonLinearity.Smoothness = 3; % p parameter
nonLinearity.LinearGain = -hpaBackoff; % dB
nonLinearity.OutputSaturationLevel = db2mag(pSaturation-30);

% Apply the model to the transmit waveform
txWaveform = nonLinearity(filtWaveform);

Измерение маски излучения спектра передачи

Станции классифицируются по разрешенной максимальной мощности передачи (в мВт). Для четырех различных классов станций определены четыре различные маски спектрального излучения [приложение D к пункту 1]. Спектральные маски определяются относительно пиковой спектральной плотности мощности (PSD).

В этом примере маска излучения спектра передаваемого сигнала после моделирования усилителя высокой мощности измеряется для станции класса А.

% IEEE Std 802.11-2012 Annex D.2.3, Table D-5: Class A STA
dBrLimits = [-40  -40 -28 -20  -10 0   0  -10 -20 -28 -40 -40];
fLimits   = [-Inf -15 -10 -5.5 -5 -4.5 4.5 5  5.5  10  15 Inf];

Для испытания маски излучения спектра передатчика [3] используется спектральное измерение с временным стробированием поля данных без НТ. Поле не-HT Data каждого пакета извлекается из повышающей дискретизации txWaveform используя начальный индекс каждого пакета. Извлеченные поля данных без HT объединяются при подготовке к измерению.

% Indices for accessing each field within the time-domain packet
ind = wlanFieldIndices(cfgNHT);
startIdx = osf*(ind.NonHTData(1)-1)+1;   % Upsampled start of non-HT Data
endIdx = osf*ind.NonHTData(2);           % Upsampled end of non-HT Data
idleNSamps = osf*idleTime/(1/fs);        % Upsampled idle time samples
perPktLength = endIdx + idleNSamps;

idx = zeros(endIdx-startIdx+1, numPackets);
for i = 1:numPackets
    % Start of packet in txWaveform, accounting for the filter delay
    pktOffset = (i-1)*perPktLength+filterLen/2;
    % Indices of non-HT Data in txWaveform
    idx(:,i) = pktOffset+(startIdx:endIdx);
end
% Select the Data field for the individual packets
gatedNHTDataTx = txWaveform(idx(:),:);

График, сгенерированный функцией помощника helperSpectralMaskTest накладывает требуемую спектральную маску на измеренный ИПУ. Он проверяет, что передаваемые уровни PSD находятся в пределах указанных уровней маски, и отображает состояние прохождения/отказа после теста.

% Evaluate the PSD and check for compliance
helperSpectralMaskTest(gatedNHTDataTx, fs, osf, dBrLimits, fLimits);

% Restore default stream
rng(s);

   Spectrum mask passed

Заключение и дальнейшие исследования

Спектральная маска передачи для станций класса А в диапазонах 5,85-5,925 ГГц для интервала канала 10 МГц показана в этом примере. Также показано, как пиковая спектральная плотность передаваемого сигнала попадает в спектральную маску для удовлетворения регуляторных ограничений. Аналогичный результат может быть получен для интервала между каналами 5 МГц.

Модель усилителя высокой мощности и спектральная фильтрация влияют на внеполосные излучения на графике спектральной маски. Для различных классов станций с более высокими относительными значениями дБ попробуйте использовать различные фильтры или длины фильтров и/или увеличить снижение выбросов.

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

Избранная библиография