802.11ax пакетная симуляция коэффициента ошибок для однопользовательского формата

Открыть скрипт

В этом примере показано, как измерить пакетный коэффициент ошибок высокоэффективной (HE) ссылки формата отдельного пользователя IEEE® 802.11ax™.

Введение

В этом примере сквозная симуляция используется, чтобы определить пакетный коэффициент ошибок для 802.11ax [1] ссылка формата отдельного пользователя для выбора точек ОСШ. В каждой точке ОСШ несколько пакетов передаются через шумный внутренний канал TGax, демодулируемый и восстановленный PSDUs. PSDUs сравниваются с переданными, чтобы определить пакетный коэффициент ошибок. Обработка для каждого пакета получена в итоге в следующей схеме.

Настройка формы волны

Пакет отдельного пользователя (SU) HE является передачей полной полосы отдельному пользователю. Параметры передачи для формата SU HE сконфигурированы с помощью wlanHESUConfig объект. Свойства объекта содержат настройку. В этом примере объект сконфигурирован для полосы пропускания канала на 20 МГц, 2 передающих антенн, 2 пространственно-временных потоков, никакого блочного кодирования времени пробела и 16-QAM rate-1/2 (MCS 3).

cfgHE = wlanHESUConfig;
cfgHE.ChannelBandwidth = 'CBW20';  % Channel bandwidth
cfgHE.NumSpaceTimeStreams = 2;     % Number of space-time streams
cfgHE.NumTransmitAntennas = 2;     % Number of transmit antennas
cfgHE.APEPLength = 1e3;            % Payload length in bytes
cfgHE.ExtendedRange = false;       % Do not use extended range format
cfgHE.Upper106ToneRU = false;      % Do not use upper 106 tone RU
cfgHE.PreHESpatialMapping = false; % Spatial mapping of pre-HE fields
cfgHE.GuardInterval = 0.8;         % Guard interval duration
cfgHE.HELTFType = 4;               % HE-LTF compression mode
cfgHE.ChannelCoding = 'LDPC';      % Channel coding
cfgHE.MCS = 3;                     % Modulation and coding scheme

Настройка канала

В этом примере TGax NLOS внутренняя модель канала используется с Моделью-B профиля задержки. Модель-B рассматривается NLOS, когда расстояние между передатчиком и приемником больше или равно 5 метрам. Это описано далее в wlanTGaxChannel. 2x2 канал MIMO симулирован в этом примере.

% Create and configure the TGax channel
chanBW = cfgHE.ChannelBandwidth;
tgaxChannel = wlanTGaxChannel;
tgaxChannel.DelayProfile = 'Model-B';
tgaxChannel.NumTransmitAntennas = cfgHE.NumTransmitAntennas;
tgaxChannel.NumReceiveAntennas = 2;
tgaxChannel.TransmitReceiveDistance = 5; % Distance in meters for NLOS
tgaxChannel.ChannelBandwidth = chanBW;
tgaxChannel.LargeScaleFadingEffect = 'None';
tgaxChannel.NormalizeChannelOutputs = false;
fs = wlanSampleRate(cfgHE);
tgaxChannel.SampleRate = fs;

Параметры симуляции

Для каждой точки ОСШ (дБ) в snr вектор много пакетов генерируется, проходится канал и демодулируется, чтобы определить пакетный коэффициент ошибок.

snr = 10:5:35;

Количеством пакетов, протестированных в каждой точке ОСШ, управляют два параметра:

  1. maxNumErrors максимальное количество пакетных ошибок, симулированных в каждой точке ОСШ. Когда количество пакетных ошибок достигает этого предела, симуляция в этой точке ОСШ завершена.

  2. maxNumPackets максимальное количество пакетов, симулированных в каждой точке ОСШ, и ограничивает продолжительность симуляции, если пакетный предел погрешности не достигнут.

Числа, выбранные в этом примере, приведут к очень короткой симуляции. Для статистически значимых результатов мы рекомендуем увеличить эти числа.

maxNumErrors = 10;   % The maximum number of packet errors at an SNR point
maxNumPackets = 100; % The maximum number of packets at an SNR point

Обработка точек ОСШ

Поскольку каждый ОСШ указывает, что много пакетов тестируются и пакетный вычисленный коэффициент ошибок. Преамбула предHE 802.11ax назад совместима с 802.11ac™, поэтому в этом примере, компоненты синхронизации фронтенда для формы волны VHT используются, чтобы синхронизировать форму волны HE в приемнике. Для каждого пакета происходят выполняющие шаги обработки:

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

  2. Форма волны передается через внутреннюю модель канала TGax. Различная реализация канала моделируется для различных пакетов.

  3. AWGN добавляется к принятой форме волны, чтобы создать желаемый средний ОСШ на активную поднесущую после демодуляции OFDM.

  4. Пакет обнаруживается.

  5. Крупное смещение несущей частоты оценивается и корректируется.

  6. Прекрасная временная синхронизация устанавливается. L-STF, L-LTF и выборки L-SIG обеспечиваются для прекрасной синхронизации, чтобы допускать пакетное обнаружение в запуске или конце L-STF.

  7. Прекрасное смещение несущей частоты оценивается и корректируется.

  8. HE-LTF извлечен из синхронизируемой принятой формы волны. HE-LTF является демодулируемым OFDM, и оценка канала выполняется.

  9. Поле данных извлечено из синхронизируемой принятой формы волны и демодулируемого OFDM.

  10. Общий ошибочный пилот фазы отслеживание выполняется, чтобы отследить любое остаточное смещение несущей частоты.

  11. Шумовая оценка выполняется с помощью демодулируемых пилотов поля данных и оценки канала единого потока в пилотных поднесущих.

  12. Откорректированные символы фазы OFDM компенсируются с оценкой канала.

  13. Компенсируемые символы демодулируются и декодируются, чтобы восстановить PSDU.

parfor цикл может использоваться, чтобы параллелизировать обработку точек ОСШ. Чтобы включить использование параллельных вычислений для увеличенной скорости комментируют 'для' оператора и не комментируют 'parfor' оператор ниже.

numSNR = numel(snr); % Number of SNR points
packetErrorRate = zeros(1,numSNR);

% Get occupied subcarrier indices and OFDM parameters
ofdmInfo = wlanHEOFDMInfo('HE-Data',cfgHE);

% Indices to extract fields from the PPDU
ind = wlanFieldIndices(cfgHE);

%parfor isnr = 1:numSNR % Use 'parfor' to speed up the simulation
for isnr = 1:numSNR
    % Set random substream index per iteration to ensure that each
    % iteration uses a repeatable set of random numbers
    stream = RandStream('combRecursive','Seed',99);
    stream.Substream = isnr;
    RandStream.setGlobalStream(stream);

    % Account for noise energy in nulls so the SNR is defined per
    % active subcarrier
    packetSNR = snr(isnr)-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 with random PSDU
        psduLength = getPSDULength(cfgHE); % PSDU length in bytes
        txPSDU = randi([0 1],psduLength*8,1);
        tx = wlanWaveformGenerator(txPSDU,cfgHE);

        % Add trailing zeros to allow for channel delay
        txPad = [tx; zeros(50,cfgHE.NumTransmitAntennas)];

        % Pass through a fading indoor TGax channel
        reset(tgaxChannel); % Reset channel for different realization
        rx = tgaxChannel(txPad);

        % Pass the waveform through AWGN channel
        rx = awgn(rx,packetSNR);

        % Packet detect and determine coarse packet offset
        coarsePktOffset = wlanPacketDetect(rx,chanBW);
        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,chanBW);
        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,chanBW);

        % 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
        rxLLTF = rx(pktOffset+(ind.LLTF(1):ind.LLTF(2)),:);
        fineFreqOff = wlanFineCFOEstimate(rxLLTF,chanBW);
        rx = helperFrequencyOffset(rx,fs,-fineFreqOff);

        % HE-LTF demodulation and channel estimation
        rxHELTF = rx(pktOffset+(ind.HELTF(1):ind.HELTF(2)),:);
        heltfDemod = wlanHEDemodulate(rxHELTF,'HE-LTF',cfgHE);
        [chanEst,pilotEst] = heLTFChannelEstimate(heltfDemod,cfgHE);

        % Data demodulate
        rxData = rx(pktOffset+(ind.HEData(1):ind.HEData(2)),:);
        demodSym = wlanHEDemodulate(rxData,'HE-Data',cfgHE);

        % Pilot phase tracking
        demodSym = heCommonPhaseErrorTracking(demodSym,chanEst,cfgHE);

        % Estimate noise power in HE fields
        nVarEst = heNoiseEstimate(demodSym(ofdmInfo.PilotIndices,:,:),pilotEst,cfgHE);

        % Extract data subcarriers from demodulated symbols and channel
        % estimate
        demodDataSym = demodSym(ofdmInfo.DataIndices,:,:);
        chanEstData = chanEst(ofdmInfo.DataIndices,:,:);

        % Equalization and STBC combining
        [eqDataSym,csi] = heEqualizeCombine(demodDataSym,chanEstData,nVarEst,cfgHE);

        % Recover data
        rxPSDU = wlanHEDataBitRecover(eqDataSym,nVarEst,csi,cfgHE,'LDPCDecodingMethod','layered-bp');

        % Determine if any bits are in error, i.e. a packet error
        packetError = ~isequal(txPSDU,rxPSDU);
        numPacketErrors = numPacketErrors+packetError;
        numPkt = numPkt+1;
    end

    % Calculate packet error rate (PER) at SNR point
    packetErrorRate(isnr) = numPacketErrors/(numPkt-1);
    disp(['MCS ' num2str(cfgHE.MCS) ','...
          ' SNR ' num2str(snr(isnr)) ...
          ' completed after ' num2str(numPkt-1) ' packets,'...
          ' PER:' num2str(packetErrorRate(isnr))]);
end

MCS 3, SNR 10 completed after 11 packets, PER:1
MCS 3, SNR 15 completed after 17 packets, PER:0.64706
MCS 3, SNR 20 completed after 52 packets, PER:0.21154
MCS 3, SNR 25 completed after 100 packets, PER:0.02
MCS 3, SNR 30 completed after 100 packets, PER:0
MCS 3, SNR 35 completed after 100 packets, PER:0

Постройте пакетный коэффициент ошибок по сравнению с ОСШ

figure;
semilogy(snr,packetErrorRate,'-*');
hold on;
grid on;
xlabel('SNR (dB)');
ylabel('PER');
dataStr = arrayfun(@(x)sprintf('MCS %d',x),cfgHE.MCS,'UniformOutput',false);
legend(dataStr);
title(sprintf('PER for HE Channel %s, %s, %s, PSDULength: %d',tgaxChannel.DelayProfile,cfgHE.ChannelBandwidth,cfgHE.ChannelCoding,cfgHE.APEPLength));

Количеством пакетов, протестированных в каждой точке ОСШ, управляют два параметра: maxNumErrors и maxNumPackets. Для значимых результатов эти значения должны быть больше, чем представленные в этом примере. Как пример, рисунок ниже был создан путем выполнения более длительной симуляции с maxNumErrors:1e3 и maxNumPackets:1e4.

Приложение

Этот пример использует следующие функции помощника:

Выбранная библиография

  1. Черновой Стандарт IEEE P802.11ax™/D4.1 для Информационных технологий - Телекоммуникаций и обмена информацией между системами - Локальными сетями и городскими компьютерными сетями - Конкретными требованиями - Часть 11: Беспроводное Среднее управление доступом (MAC) LAN и Физический уровень (PHY) Технические требования - Поправка 6: Улучшения для Высокой эффективности WLAN.

Документация WLAN Toolbox

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте