Введение

IEEE 802.11p [2] является одобренной поправкой к стандарту 802.11™ IEEE, обеспечивающей поддержку беспроводного доступа в транспортных окружениях (WAVE). Используя получастотный режим с пропускной способностью канала 10 МГц, он действует в полосах 5,85-5,925 ГГц, для которых заданы дополнительные спектральные эмиссионные маски [приложение D 1].

Этот пример показывает, как измерения спектральной маски могут выполняться на переданной форме волны. Форма волны генерируется с WLAN Toolbox™ для простоты, но можно также использовать форму волны, захваченную анализатором спектра.

Генерируется сигнал, состоящий из трех пакетов IEEE 802.11p 10 МГц, разделенных 32 микросекундной погрешностью. Случайные данные используются для каждого пакета, и используется 16QAM модуляция. Сигнал основной полосы усиливается и фильтруется, чтобы уменьшить выбросы вне полосы частот, тем самым удовлетворяя требованиям спектральной маски. Используется модель усилителя высокой степени (HPA), которая вводит внутриполосное искажение и спектральное возрождение. Измерение спектральной эмиссионной маски выполняется на усиленной форме волны после моделирования усилителя высокой степени. Схема испытаний проиллюстрирована на следующей схеме:

Строения IEEE 802.11p, отличные от HT

В этом примере генерируется сигнал IEEE 802.11p, состоящий из нескольких пакетов в формате, отличном от HT. Параметры формата формы сигнала, отличной от HT, описываются с помощью объекта строения формата, отличного от HT. Объект создается с помощью wlanNonHTConfig функция. В этом примере объект сконфигурирован для операции пропускной способности 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 волны может быть сконфигурирован, чтобы сгенерировать один или несколько пакетов и добавить время простоя между каждым пакетом. В этом примере будут созданы три пакета с 32 микросекундным периодом простоя. Случайные биты для всех пакетов data создаются и передаются как аргумент wlanWaveformGenerator наряду с объектом строения пакета, отличного от HT cfgNHT и дополнительные параметры генерации сигналов. cfgNHT конфигурирует генератор формы волны, чтобы создать сигнал IEEE 802.11p, отличный от 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 дискретизация и фильтрация

Спектральная фильтрация используется для уменьшения вне полосы спектральных выбросов из-за неявного прямоугольного формирования импульса в модуляции OFDM и спектрального восстановления, вызванного усилителем высокой степени в радиочастотной цепи. Чтобы смоделировать эффект усилителя высокой степени на форме волны и просмотреть вне полосы спектральных выбросов, форма волны должна быть переизбрана. В этом примере форма волны избыточно дискретизирована интерполяционным фильтром, который также действует как спектральный фильтр. Это позволяет форме волны удовлетворять требования спектральной маски. Форма волны избыточно дискретизируется и фильтруется с помощью 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 степени

Усилитель высокой степени вводит нелинейное поведение в виде внутриполосного искажения и спектрального восстановления. Этот пример моделирует усилители степени с помощью модели Rapp в 802.11ac [2], которая представляет искажение AM/AM.

Моделируйте усилитель при помощи comm.MemorylessNonlinearity Объект и сконфигурируйте уменьшенные искажения путем определения отката, hpaBackoffтаким образом усилитель действует ниже своей точки насыщения. Можно увеличить откат, чтобы уменьшить EVM для более высоких значений MCS.

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 согласно разрешённых максимальных степеней передачи (в мВт). Для четырех различных классов станций определены четыре различные спектральные эмиссионные маски [приложение D к 1]. Спектральные маски заданы относительно спектральной плотности пиковой степени (PSD).

В этом примере маска излучения спектра переданной формы волны после моделирования усилителя высокой степени 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] используют частотно-регулируемое спектральное измерение поля, отличного от данные. Поле Данные каждого пакета извлекается из повышенной дискретизации txWaveform использование начального индекса каждого пакета. Извлеченные поля, не являющиеся данными HT, объединяются в процессе подготовки 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 helper helperSpectralMaskTest накладывает необходимую спектральную маску на измеренную PSD. Он проверяет уровни переданного PSD на соответствие заданным уровням маски и отображает состояние прохождения/непрохождения после тестирования.

% 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

Передающая спектральная маска для станций класса А в полосах 5,85-5,925 ГГц для интервала каналов 10 МГц показана в этом примере. Также показано, как пиковая спектральная плотность передаваемого сигнала попадает в спектральную маску, чтобы удовлетворить нормативным ограничениям. Аналогичный результат может быть сгенерирован для интервала между каналами на 5 МГц.

Модель усилителя высокой степени и спектральная фильтрация влияют на внеполосные выбросы на графике спектральной маски. Для различных классов станций с более высокими относительными значениями дБ попробуйте использовать различные фильтры или длины фильтра и/или увеличить отставание для более низких выбросов.

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

Избранная библиография