Симуляция частоты ошибок пакета 802.11ac для канала 8x8 TGac

Открыть скрипт

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.

Введение

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.

Строение формы волны

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

Строение канала

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';

Параметры симуляции

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:

  1. maxNumErrors - максимальное количество ошибок пакета, моделируемых в каждой точке ОСШ. Когда количество ошибок пакета достигает этого предела, симуляция в этой точке ОСШ завершена.

  2. 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);

Обработка точек ОСШ

Для каждой точки ОСШ проверяется количество пакетов и вычисляется вероятность ошибки пакета.

Для каждого пакета выполняются следующие шаги обработки:

  1. PSDU создается и кодируется, чтобы создать одну форму волны пакета.

  2. Форма волны передается через другую реализацию модели канала TGac.

  3. 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.

  4. Пакет обнаружен.

  5. Грубое смещение несущей частоты оценивают и корректируют.

  6. 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.

  7. Хорошее смещение частоты несущей оценивается и корректируется.

  8. VHT-LTF извлекается из синхронизированной принятой формы волны. VHT-LTF является демодулированным OFDM, и выполняется оценка канала.

  9. 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

Постройте график частоты ошибок пакета по сравнению с результатами ОСШ

figure
semilogy(snr,packetErrorRate,'-ob');
grid on;
xlabel('SNR (dB)');
ylabel('PER');
title('802.11ac 80MHz, MCS9, Direct Mapping, 8x8 Channel Model D-NLOS');

Дальнейшие исследования

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.

Приложение

В этом примере используются следующие вспомогательные функции:

Избранная библиография

  1. 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

Документация по WLAN Toolbox

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте