Введение

Стандарт IEEE 802.11ad [1], обычно называемый направленным многогабитным (DMG), обеспечивает пропускную способность данных до 7 Гбит/с с использованием промышленной научной и медицинской полосы частот 60 ГГц (ISM). Стандарт DMG поддерживает три типа PHY:

DMG задает четыре рабочих канала шириной 2,16 ГГц, обычно в полосе 57-66 ГГц. Тест спектральной маски, как показано в этом примере, гарантирует, что передача в одном канале не вызывает существенных помех в смежных каналах. Каналообразование DMG показано на рисунке ниже.

SC DMG PHY использует модуляцию с одной несущей для недорогих приложений малой области значений. Этот пример показывает, как формирование импульсов и измерения маски спектра могут выполняться на модулированной форме волны SC DMG. Форма волны генерируется с использованием WLAN Toolbox™, но можно также использовать форму волны, захваченную анализатором спектра. Маска спектра передатчика и необходимая спектральная плоскостность для строения DMG указаны в IEEE 802.11ad [1], раздел 20.3.2.

Этот пример генерирует пять пакетов DMG SC, каждый из которых разделен одной микросекундной погрешностью. Случайные данные используются в каждом пакете, и используется pi/2-16QAM модуляция. Чтобы соответствовать требованиям спектральной маски, форма волны основной полосы усиливается и фильтруется, чтобы уменьшить выбросы вне полосы. Модель усилителя высокой степени (HPA) используется для введения внутриполосного искажения и спектрального восстановления. Измерение спектральной эмиссионной маски выполняется на усиленной форме волны после моделирования HPA. Схема испытаний проиллюстрирована на следующей схеме:

DMG, пакет с одним Строением

В этом примере генерируется сигнал IEEE 802.11ad, состоящий из нескольких пакетов DMG SC. Свойства формы волны DMG SC заданы в wlanDMGConfig объект строения. Объект сконфигурирован для индекса MCS 12, без TrainingLength поля, добавленные к пакетам. Согласно требованию к испытаниям (указанному в IEEE 802.11ad раздел 21.3.2), PSDULength установлено значение 20000 для пакета, чтобы гарантировать, что передающая спектральная маска измерена на пакете DMG длиннее 10 микросекунд.

cfgDMG = wlanDMGConfig;    % DMG packet configuration
cfgDMG.MCS = 12;           % SC PHY with pi/2-16QAM modulation
cfgDMG.PSDULength = 20000; % Length in Bytes

Генерация сигналов основной полосы частот

Генератор формы волны может быть сконфигурирован, чтобы генерировать один или несколько пакетов со временем простоя между каждым пакетом. В этом примере wlanWaveformGenerator сконфигурировано, чтобы сгенерировать пять пакетов, заполненных случайными данными полезной нагрузки. Каждый пакет разделяется одним микросекундным периодом простоя между ними, и для генерации каждого пакета используется случайный seed скремблера.

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

% Generate a multi-packet waveform
idleTime = 1e-6; % One microsecond idle time between packets
numPackets = 5;  % Generate five packets

% Create random bits for all payload data; PSDULength is in bytes
psdu = randi([0 1],cfgDMG.PSDULength*8*numPackets,1);

% Override the ScramblerInitialization property of the DMG configuration
% object by specifying the scrambler initialization
genWaveform = wlanWaveformGenerator(psdu,cfgDMG,...
    'IdleTime',idleTime, ...
    'NumPackets',numPackets, ...
    'ScramblerInitialization',randi([1 127],numPackets,1));

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

Baseband sampling rate: 1760 Msps

Избыточная дискретизация и фильтрация

Спектральная фильтрация используется для уменьшения внеполосных спектральных выбросов из-за характеристик расширенного спектра переданной формы волны и спектрального возрождения, вызванного HPA в радиочастотной цепи. Форма волны должна быть переизбрана, чтобы смоделировать эффект HPA на форме волны и просмотреть внеполосные спектральные выбросы. В этом примере форма волны избыточно дискретизируется и фильтруется через фильтр приподнятого косинуса с использованием comm.RaisedCosineTransmitFilter. Чтобы удовлетворить требованиям спектральной маски, фильтр приподнятого косинуса обрезается до длительности восьми символов, и коэффициент отката устанавливается равным 0,5.

% Define the pulse shaping filter characteristics
Nsym = 8;   % Filter span in symbol durations
beta = 0.5; % Roll-off factor
osps = 4;   % Output samples per symbol

% Create raised cosine transmit filter system object
rcosFlt = comm.RaisedCosineTransmitFilter(...
    'Shape','Normal', ...
    'RolloffFactor',beta, ...
    'FilterSpanInSymbols',Nsym, ...
    'OutputSamplesPerSymbol',osps);

% Filter transmit signal for pulse shaping
filterWaveform = rcosFlt([genWaveform; zeros(Nsym/2,1)]);

% Plot the magnitude and phase response of the pulse shaping filter
h = fvtool(rcosFlt,'Analysis','freq');
h.FS = osps*fs;                % Set sampling rate
h.NormalizedFrequency = 'off'; % Plot responses against frequency

Моделирование усилителя высокой степени

В пределах RF- цепи HPA является необходимым компонентом, но оно вводит нелинейное поведение в форме внутриполосного искажения и спектрального восстановления. Модель Rapp, описанная в [2], может использоваться, чтобы смоделировать усилитель степени 802.11ad. Модель Rapp вызывает искажение AM/AM и моделируется comm.MemorylessNonlinearity. HPA поддерживается, чтобы работать ниже точки насыщения, чтобы уменьшить искажение.

hpaBackoff = 0.5; % Power Amplifier backoff in dB

% Create and configure a memoryless nonlinearity to model HPA
nonLinearity = comm.MemorylessNonlinearity;
nonLinearity.Method = 'Rapp model';
nonLinearity.Smoothness = 0.81;                        % Smoothness factor
nonLinearity.LinearGain = 10*log10(4.65) - hpaBackoff; % Small signal gain
nonLinearity.OutputSaturationLevel = 0.58;             % Saturation level

% Apply the model
txWaveform = nonLinearity(filterWaveform);

Измерение маски излучения спектра передачи

IEEE 802.11ad [1], раздел 20.3.2, определяет спектральную маску передачи, которую должны соблюдать все формы волны DMG, и описывает характеристики пакета. Согласно определению теста, пакеты не должны иметь добавленных обучающих полей и должны иметь длительность более 10 микросекунд.

dBrLimits = [-30 -30 -22 -17 0 0 -17 -22 -30 -30];
fLimits = [-Inf -3.06 -2.7 -1.2 -0.94 0.94 1.2 2.7 3.06 Inf] * 1e3;
rbw = 1e6; % Resolution bandwidth in Hz
vbw = 300e3; % Video bandwidth in Hz

Используйте функцию helper helperSpectralMaskTest чтобы сгенерировать график, который накладывает необходимую спектральную маску на измеренный PSD. Он проверяет уровни переданного PSD на соответствие заданным уровням маски и отображает состояние прохождения/непрохождения после тестирования.

helperSpectralMaskTest(txWaveform,fs,osps,dBrLimits,fLimits,rbw,vbw);

% Restore default stream
rng(s);

   Spectrum mask passed

Заключение и дальнейшие исследования

В этом примере показана спектральная маска передачи для формы волны DMG SC в диапазоне 60 ГГц для полосы пропускания канала 2.16 ГГц. Это также иллюстрирует, что спектр передаваемого сигнала удовлетворяет регуляторным ограничениям, попадая в спектральную маску после формирования импульса. Аналогичный результат может быть получен для DMG Control и OFDM PHYs.

Модель HPA и спектральная фильтрация влияют на внеполосные выбросы на графике спектральной маски. Для Single Carrier и Control PHY можно попробовать использовать различные параметры фильтра формирования импульсов и/или уменьшить или увеличить коэффициент плавности.

Для получения информации о других измерениях передатчика, таких как точность модуляции и спектральная плоскостность, обратитесь к следующим примерам:

Приложение

В этом примере используются следующие вспомогательные функции:

Избранная библиография