Этот пример показывает, как измерить частоту ошибок пакета канала IEEE ® 802.11ac™ VHT с помощью сквозной симуляции с затухающей моделью канала TGac и аддитивным белым Гауссовым шумом.
В этом примере сквозная симуляция используется, чтобы определить частоту ошибок пакета для ссылки VHT 802.11ac [1] с затухающим каналом при выборе точек ОСШ. В каждой точке ОСШ несколько пакетов передаются через канал, демодулируются и PSDU восстанавливаются. Блоки PSDU сравнивают с переданными для определения количества ошибок пакета и, следовательно, частоты ошибок пакета. Обнаружение пакетов, синхронизация временных синхронизаций, коррекция смещения несущей частоты и отслеживание фазы выполняются приемником. Обработка для каждого пакета суммирована в следующем
Этот пример также демонстрирует, как parfor цикл может использоваться вместо for цикл при симуляции каждой точки ОСШ для ускорения симуляции. The parfor функция, как часть Toolbox™ Parallel Computing, выполняет обработку для каждого ОСШ параллельно, чтобы уменьшить общее время симуляции.
В этом примере моделируется передача VHT 802.11ac. Объект строения формата VHT, wlanVHTConfig, содержит специфичную для формата строение передачи. Свойства объекта содержат строение. В этом примере объект сконфигурирован для полосы пропускания канала 80 МГц, 8 передающих антенн, 8 пространственно-временных потоков, без пространственного временного блочного кодирования и скорости 256-QAM-5/6 (MCS 9).
% Create a format configuration object for a 8-by-8 VHT transmission cfgVHT = wlanVHTConfig; cfgVHT.ChannelBandwidth = 'CBW80'; % 80 MHz channel bandwidth cfgVHT.NumTransmitAntennas = 8; % 8 transmit antennas cfgVHT.NumSpaceTimeStreams = 8; % 8 space-time streams cfgVHT.APEPLength = 3000; % APEP length in bytes cfgVHT.MCS = 9; % 256-QAM rate-5/6
В этом примере модель канала N-LOS TGac используется с профилем задержки Model-D. Для Модели-D, когда расстояние между передатчиком и приемником больше или равно 10 метрам, модель является NLOS. Это описано далее в wlanTGacChannel. В этом примере моделируется канал 8x8 MIMO, поэтому задано 8 приемных антенн.
% Create and configure the channel tgacChannel = wlanTGacChannel; tgacChannel.DelayProfile = 'Model-D'; tgacChannel.NumReceiveAntennas = 8; tgacChannel.TransmitReceiveDistance = 10; % Distance in meters for NLOS tgacChannel.ChannelBandwidth = cfgVHT.ChannelBandwidth; tgacChannel.NumTransmitAntennas = cfgVHT.NumTransmitAntennas; tgacChannel.LargeScaleFadingEffect = 'None';
Для каждой точки ОСШ в вектор snr генерируют несколько пакетов, передают через канал и демодулируют для определения частоты ошибок пакета.
snr = 40:5:50;
Количество пакетов, протестированных в каждой точке ОСШ, управляется двумя параметрами:
maxNumErrors - максимальное количество ошибок пакета, моделируемых в каждой точке ОСШ. Когда количество ошибок пакета достигает этого предела, симуляция в этой точке ОСШ завершена.
maxNumPackets является максимальным количеством пакетов, моделируемых в каждой точке ОСШ, и ограничивает длину симуляции, если предел ошибки пакета не достигнут.
Числа, выбранные в этом примере, приведут к очень короткой симуляции. Для значимых результатов рекомендуем увеличить цифры.
maxNumErrors = 10; % The maximum number of packet errors at an SNR point maxNumPackets = 100; % Maximum number of packets at an SNR point
Установите оставшиеся переменные для симуляции.
% Get the baseband sampling rate fs = wlanSampleRate(cfgVHT); % Get the OFDM info ofdmInfo = wlanVHTOFDMInfo('VHT-Data',cfgVHT); % Set the sampling rate of the channel tgacChannel.SampleRate = fs; % Indices for accessing each field within the time-domain packet ind = wlanFieldIndices(cfgVHT);
Для каждой точки ОСШ проверяется количество пакетов и вычисляется вероятность ошибки пакета.
Для каждого пакета выполняются следующие шаги обработки:
PSDU создается и кодируется, чтобы создать одну форму волны пакета.
Форма волны передается через другую реализацию модели канала TGac.
AWGN добавляют к принятой форме волны, чтобы создать желаемый средний ОСШ на поднесущую после демодуляции OFDM. The comm.AWGNChannel объект сконфигурирован для предоставления правильного ОСШ. Строение учитывает нормализацию в канале по количеству приемных антенн и энергии шума в неиспользованных поднесущих, которые удаляются во время демодуляции OFDM.
Пакет обнаружен.
Грубое смещение несущей частоты оценивают и корректируют.
Установлена точная временная синхронизация. Выборки L-STF, L-LTF и L-SIG предусмотрены для точной синхронизации, чтобы обеспечить обнаружение пакетов в начале или конце L-STF.
Хорошее смещение частоты несущей оценивается и корректируется.
VHT-LTF извлекается из синхронизированной принятой формы волны. VHT-LTF является демодулированным OFDM, и выполняется оценка канала.
Поле VHT Data извлекается из синхронизированной принятой формы волны. PSDU восстанавливается с использованием извлеченного поля и оценки канала.
A parfor цикл может использоваться для параллелизации обработки точек ОСШ, поэтому для каждой точки ОСШ создается и конфигурируется канал AWGN с comm.AWGNChannel объект. Чтобы включить использование параллельных вычислений для повышения скорости, закомментируйте for оператор и разъединение parfor оператор 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/tgacChannel.NumReceiveAntennas; % Account for energy in nulls awgnChannel.SNR = snr(i)-10*log10(ofdmInfo.FFTLength/ofdmInfo.NumTones); % Loop to simulate multiple packets numPacketErrors = 0; numPkt = 1; % Index of packet transmitted while numPacketErrors<=maxNumErrors && numPkt<=maxNumPackets % Generate a packet waveform txPSDU = randi([0 1],cfgVHT.PSDULength*8,1); % PSDULength in bytes tx = wlanWaveformGenerator(txPSDU,cfgVHT); % Add trailing zeros to allow for channel delay tx = [tx; zeros(50,cfgVHT.NumTransmitAntennas)]; %#ok<AGROW> % Pass the waveform through the fading channel model reset(tgacChannel); % Reset channel for different realization rx = tgacChannel(tx); % Add noise rx = awgnChannel(rx); % Packet detect and determine coarse packet offset coarsePktOffset = wlanPacketDetect(rx,cfgVHT.ChannelBandwidth); if isempty(coarsePktOffset) % If empty no L-STF detected; packet error numPacketErrors = numPacketErrors+1; numPkt = numPkt+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,cfgVHT.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,... cfgVHT.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>50 numPacketErrors = numPacketErrors+1; numPkt = numPkt+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,cfgVHT.ChannelBandwidth); rx = helperFrequencyOffset(rx,fs,-fineFreqOff); % Extract VHT-LTF samples from the waveform, demodulate and perform % channel estimation vhtltf = rx(pktOffset+(ind.VHTLTF(1):ind.VHTLTF(2)),:); vhtltfDemod = wlanVHTLTFDemodulate(vhtltf,cfgVHT); % Get single stream channel estimate chanEstSSPilots = vhtSingleStreamChannelEstimate(vhtltfDemod,cfgVHT); % Channel estimate chanEst = wlanVHTLTFChannelEstimate(vhtltfDemod,cfgVHT); % Extract VHT Data samples from the waveform vhtdata = rx(pktOffset+(ind.VHTData(1):ind.VHTData(2)),:); % Estimate the noise power in VHT data field nVarVHT = vhtNoiseEstimate(vhtdata,chanEstSSPilots,cfgVHT); % Recover the transmitted PSDU in VHT Data rxPSDU = wlanVHTDataRecover(vhtdata,chanEst,nVarVHT,cfgVHT); % Determine if any bits are in error, i.e. a packet error packetError = any(biterr(txPSDU,rxPSDU)); numPacketErrors = numPacketErrors+packetError; numPkt = numPkt+1; end % Calculate packet error rate (PER) at SNR point packetErrorRate(i) = numPacketErrors/(numPkt-1); disp(['SNR ' num2str(snr(i)) ' completed after ' ... num2str(numPkt-1) ' packets, PER: ' ... num2str(packetErrorRate(i))]); end
SNR 40 completed after 11 packets, PER: 1 SNR 45 completed after 15 packets, PER: 0.73333 SNR 50 completed after 100 packets, PER: 0.04
figure semilogy(snr,packetErrorRate,'-ob'); grid on; xlabel('SNR (dB)'); ylabel('PER'); title('802.11ac 80MHz, MCS9, Direct Mapping, 8x8 Channel Model D-NLOS');
Количество пакетов, протестированных в каждой точке ОСШ, управляется двумя параметрами; maxNumErrors и maxNumPackets. Для значимых результатов рекомендуется, чтобы эти значения были больше, чем те, которые представлены в этом примере. Увеличение количества моделируемых пакетов позволяет сравнивать PER в различных сценариях. Попробуйте изменить строения передачи и приема и сравните частоту ошибок пакета. Как пример, рисунок ниже был создан путем запуска примера для maxNumErrors: 1000 и maxNumPackets: 10000.
В этом примере используются следующие вспомогательные функции:
Стандарт IEEE Std 802.11ac™-2013 IEEE на информационные технологии - Телекоммуникации и обмен информацией между системами - Локальные и столичные сети - Особые требования - Часть 11: Беспроводное управление доступом к локальной сети (MAC) и физический уровень (PHY) Спецификации - Поправка 4: Улучшения для очень высокой пропускной способности
