Введение

802.11ac поддерживает нисходящий канал (точка доступа к станции) многопользовательские передачи максимум для четырех пользователей и до восьми передающих антенн, чтобы увеличить совокупную пропускную способность ссылки [1]. На основе запланированного времени передачи для пользователя планировщик ищет другие меньшие пакеты, готовые к передаче другим пользователям. При наличии это планирует этих пользователей на том же интервале, который уменьшает полное время, потраченное для нескольких передач.

Эта одновременная передача прибывает в более высокую сложность, потому что успешный прием полезных нагрузок отдельного пользователя требует предварительного кодирования, также известного как конец передачи beamforming. Предварительное кодирование принимает, что информация о состоянии канала (CSI) известна в передатчике. Звучащий пакет, как описано в Передаче 802.11ac пример Beamforming, используется, чтобы определить CSI для каждого пользователя в многопользовательской передаче. Каждый из пользователей возвращает их отдельный CSI к формирователю луча. Формирователь луча использует CSI от всех пользователей, чтобы установить предварительное кодирование (пространственное отображение) матрица для последующей передачи данных.

Этот пример использует метод инверсии канала для передачи с тремя пользователями с различным количеством пространственных потоков, выделенных на пользователя и различные параметры уровня на пользователя. Система может быть охарактеризована рисунком ниже.

Пример генерирует многопользовательскую форму волны передачи, передает ее через канал на пользователя и декодирует полученный сигнал для каждого пользователя вычислить биты по ошибке. До передачи данных пример использует передачу пакета пустых данных (NDP), чтобы звучать как различные каналы и определяет матрицу перед кодированием под предположением о совершенной обратной связи.

Параметры симуляции и настройка

Для 802.11ac позволен максимум восьми пространственных потоков. 6x6 настройка MIMO для трех пользователей используется в этом примере, где у первого пользователя есть три потока, второй имеет один, и третье имеет два потока, выделенные ему. Различные параметры уровня и размеры полезной нагрузки максимум для четырех пользователей заданы как векторные параметры. Они индексируются соответственно в настройке передачи на основе количества активных пользователей.

s = rng(21);                             % Set RNG seed for repeatability

% Transmission parameters
chanBW      = 'CBW80';                   % Channel bandwidth
numUsers    = 3;                         % Number of active users
numSTSAll   = [3 1 2 2];                 % Number of streams for 4 users
userPos     = [0 1 2 3];                 % User positions for maximum 4 users
mcsVec      = [4 6 2 2];                 % MCS for maximum 4 users
apepVec     = [15120 8192 5400 6000];    % Payload, in bytes, for 4 users
chCodingVec = {'BCC', 'LDPC', 'LDPC', 'BCC'};  % Channel coding for 4 users

% Channel and receiver parameters
chanMdl       = 'Model-A';               % TGac fading channel model
precodingType = 'ZF';                    % Precoding type; ZF or MMSE
snr           = 38;                      % SNR in dB
eqMethod      = 'ZF';                    % Equalization method

% Create the multi-user VHT format configuration object, appropriately
% indexing into the vector values for the active users
if (numUsers==1)
    groupID = 0;
else
    groupID = 2;
end
numSTSVec = numSTSAll(1:numUsers);
numTx = sum(numSTSVec);
cfgVHTMU = wlanVHTConfig('ChannelBandwidth', chanBW,...
    'NumUsers', numUsers, ...
    'NumTransmitAntennas', numTx, ...
    'GroupID', groupID, ...
    'NumSpaceTimeStreams', numSTSVec,...
    'UserPositions', userPos(1:numUsers), ...
    'MCS', mcsVec(1:numUsers), ...
    'APEPLength', apepVec(1:numUsers), ...
    'ChannelCoding', chCodingVec(1:numUsers));

Номер передающих антенн определяется, чтобы быть суммарным итогом всех используемых пространственно-временных потоков. Это не подразумевает пространственно-временного блочного кодирования (STBC), или пространственное расширение используется для передачи.

Звучание (NDP) настройка

Для предварительного кодирования звучание канала сначала используется, чтобы определить канал, испытанный пользователями (приемники). Эту информацию о состоянии канала передают обратно в передатчик для него, чтобы использоваться для последующей передачи данных. Это принято, что канал медленно варьируется по этим двум передачам. Для многопользовательских передач тот же NDP (Пустой Пакет Данных) передается каждому из зарегистрированных пользователей [2].

% VHT sounding (NDP) configuration, for same number of streams
cfgVHTNDP = wlanVHTConfig('ChannelBandwidth', chanBW,...
    'NumUsers', 1, ...
    'NumTransmitAntennas', numTx, ...
    'GroupID', 0, ...
    'NumSpaceTimeStreams', sum(numSTSVec),...
    'MCS', 0, ...
    'APEPLength', 0);

Количество заданных потоков является суммарным итогом всех пространственно-временных используемых потоков. Это позволяет полному каналу звучаться.

% Generate the null data packet, with no data
txNDPSig = wlanWaveformGenerator([], cfgVHTNDP);

Канал передачи

Многопользовательский канал TGac состоит из независимых однопользовательских каналов MIMO между точкой доступа и пространственно разделенными станциями [4]. В этом примере тот же канал Модели-A профиля задержки применяется для каждого из пользователей, даже при том, что отдельные пользователи могут испытать различные условия. Плоско исчезающий канал позволяет более простой приемник без синхронизации фронтенда. Это также принято, что количество каждого пользователя получает антенны, равны количеству пространственно-временных потоков, выделенных им.

Массивы ячеек используются в примере, чтобы сохранить элементы в расчете на пользователя, которые допускают гибкое количество пользователей. Здесь, как пример, каждый экземпляр канала TGac на пользователя хранится как элемент массива ячеек.

% Create three independent channels
TGAC      = cell(numUsers, 1);
chanSeeds = [1111 2222 3333 4444];  % chosen for a maximum of 4 users
uIndex    = [10 5 2 1];             % chosen for a maximum of 4 users
chanDelay = zeros(numUsers, 1);
for uIdx = 1:numUsers
    TGAC{uIdx} = wlanTGacChannel(...
        'ChannelBandwidth', cfgVHTMU.ChannelBandwidth,...
        'DelayProfile', chanMdl, ...
        'UserIndex', uIndex(uIdx), ...
        'NumTransmitAntennas', numTx, ...
        'NumReceiveAntennas', numSTSVec(uIdx), ...
        'RandomStream', 'mt19937ar with seed', ...
        'Seed', chanSeeds(uIdx),...
        'SampleRate', wlanSampleRate(cfgVHTMU), ...
        'TransmitReceiveDistance',5);
    chanInfo = info(TGAC{uIdx});
    chanDelay(uIdx) = chanInfo.ChannelFilterDelay;
end

Каналы для каждого отдельного пользователя используют различные seed для генерации случайных чисел. Различный пользовательский индекс задан, чтобы позволить, чтобы случайные угловые смещения были применены к прибытию (AoA) и отъезду (AoD) углы для кластеров. Задержка фильтрации канала хранится, чтобы допускать ее компенсацию в приемнике. На практике оценка символьной синхронизации использовалась бы.

% Append zeroes to allow for channel filter delay
txNDPSig = [txNDPSig; zeros(10, numTx)];

% Sound the independent channels per user for all transmit streams
rxNDPSig = cell(numUsers, 1);
for uIdx = 1:numUsers
    rxNDPChan = TGAC{uIdx}(txNDPSig);

    % Add WGN per receiver
    rxNDPSig{uIdx} = awgn(rxNDPChan, snr);
end

Информационная обратная связь состояния канала

Каждый пользователь оценивает, что его собственный канал с помощью полученного NDP сигнализирует, и вычисляет информацию о состоянии канала, которую он может передать обратно в передатчик. Этот пример использует сингулярное разложение канала, который, как замечает каждый пользователь, вычислил обратную связь CSI.

mat = cell(numUsers,1);
for uIdx = 1:numUsers
    % Compute the feedback matrix based on received signal per user
    mat{uIdx} = vhtCSIFeedback(rxNDPSig{uIdx}(chanDelay(uIdx)+1:end,:), ...
        cfgVHTNDP, uIdx, numSTSVec);
end

Принимая совершенную обратную связь, без потери сжатия или квантования CSI, передатчик вычисляет держащуюся матрицу для передачи данных с помощью или Принуждения Нуля или основанных на Минимальной среднеквадратичной погрешности (MMSE) методов перед кодированием. Оба метода пытаются уравновесить внутрипотоковую интерференцию для пользователя интереса и интерференцию из-за других пользователей. Основанный на MMSE подход избегает шумового улучшения, свойственного от обеспечивающего нуль метода. В результате это выполняет лучше в низком SNRs.

% Pack the per user CSI into a matrix
numST = length(mat{1});         % Number of subcarriers
steeringMatrix = zeros(numST, sum(numSTSVec), sum(numSTSVec));
%   Nst-by-Nt-by-Nsts
for uIdx = 1:numUsers
    stsIdx = sum(numSTSVec(1:uIdx-1))+(1:numSTSVec(uIdx));
    steeringMatrix(:,:,stsIdx) = mat{uIdx};     % Nst-by-Nt-by-Nsts
end

% Zero-forcing or MMSE precoding solution
if strcmp(precodingType, 'ZF')
    delta = 0; % Zero-forcing
else
    delta = (numTx/(10^(snr/10))) * eye(numTx); % MMSE
end
for i = 1:numST
    % Channel inversion precoding
    h = squeeze(steeringMatrix(i,:,:));
    steeringMatrix(i,:,:) = h/(h'*h + delta);
end

% Set the spatial mapping based on the steering matrix
cfgVHTMU.SpatialMapping = 'Custom';
cfgVHTMU.SpatialMappingMatrix = permute(steeringMatrix,[1 3 2]);

Передача данных

Случайные биты используются в качестве полезной нагрузки для отдельных пользователей. Массив ячеек используется, чтобы содержать биты данных для каждого пользователя, txDataBits. Для многопользовательской передачи полезные нагрузки отдельного пользователя дополнены таким образом, что длительность передачи является тем же самым для всех пользователей. Этот дополнительный процесс описан в Разделе 9.12.6 из [1]. В этом примере для простоты полезная нагрузка дополнена нулями, чтобы создать PSDU для каждого пользователя.

% Create data sequences, one for each user
txDataBits = cell(numUsers, 1);
psduDataBits = cell(numUsers, 1);
for uIdx = 1:numUsers
    % Generate payload for each user
    txDataBits{uIdx} = randi([0 1], cfgVHTMU.APEPLength(uIdx)*8, 1, 'int8');

    % Pad payload with zeros to form a PSDU
    psduDataBits{uIdx} = [txDataBits{uIdx}; ...
        zeros((cfgVHTMU.PSDULength(uIdx)-cfgVHTMU.APEPLength(uIdx))*8, 1, 'int8')];
end

Используя настройку формата, cfgVHTMU, с держащейся матрицей данные передаются по исчезающему каналу.

% Generate the multi-user VHT waveform
txSig = wlanWaveformGenerator(psduDataBits, cfgVHTMU);

% Transmit through per-user fading channel
rxSig = cell(numUsers, 1);
for uIdx = 1:numUsers
    % Append zeroes to allow for channel filter delay
    rxSig{uIdx} = TGAC{uIdx}([txSig; zeros(10, numTx)]);
end

Восстановление данных на пользователя

Получить сигналы для каждого пользователя обрабатываются индивидуально. Пример принимает, что нет никаких ухудшений фронтенда и что настройка передачи известна приемником для простоты.

Код пользователя задает пользователя интереса, декодируемого для передачи. Это также используется, чтобы индексировать в векторные свойства объекта настройки, которые специфичны для пользователя.

% Get field indices from configuration, assumed known at receiver
ind = wlanFieldIndices(cfgVHTMU);

% Single-user receivers recover payload bits
rxDataBits = cell(numUsers, 1);
scaler = zeros(numUsers, 1);
spAxes = gobjects(sum(numSTSVec), 1);
hfig = figure('Name','Per-stream equalized symbol constellation');
for uIdx = 1:numUsers
    % Add WGN per receiver
    rxNSig = awgn(rxSig{uIdx}, snr);
    rxNSig = rxNSig(chanDelay(uIdx)+1:end, :);

    % User space-time streams
    stsU = numSTSVec(uIdx);

    % Perform channel estimation based on VHT-LTF
    rxVHTLTF  = rxNSig(ind.VHTLTF(1):ind.VHTLTF(2),:);
    demodVHTLTF = wlanVHTLTFDemodulate(rxVHTLTF, chanBW, numSTSVec);
    chanEst = wlanVHTLTFChannelEstimate(demodVHTLTF, chanBW, numSTSVec);

    % Get single stream channel estimate
    chanEstSSPilots = vhtSingleStreamChannelEstimate(demodVHTLTF,cfgVHTMU);

    % Extract VHT Data samples from the waveform
    rxVHTData = rxNSig(ind.VHTData(1):ind.VHTData(2),:);

    % Estimate the noise power in VHT data field
    nVar = vhtNoiseEstimate(rxVHTData,chanEstSSPilots,cfgVHTMU);

    % Recover information bits in VHT Data field
    [rxDataBits{uIdx}, ~, eqsym] = wlanVHTDataRecover(rxVHTData, ...
        chanEst, nVar, cfgVHTMU, uIdx, 'EqualizationMethod', eqMethod, ...
        'PilotPhaseTracking', 'None', 'LDPCDecodingMethod', 'layered-bp');

    % Plot equalized symbols for all streams per user
    scaler(uIdx) = ceil(max(abs([real(eqsym(:)); imag(eqsym(:))])));
    for i = 1:stsU
        subplot(numUsers, max(numSTSVec), (uIdx-1)*max(numSTSVec)+i);
        plot(reshape(eqsym(:,:,i), [], 1), '.');
        axis square
        spAxes(sum([0 numSTSVec(1:(uIdx-1))])+i) = gca; % Store axes handle
        title(['User ' num2str(uIdx) ', Stream ' num2str(i)]);
        grid on;
    end
end

% Scale axes for all subplots and scale figure
for i = 1:numel(spAxes)
    xlim(spAxes(i),[-max(scaler) max(scaler)]);
    ylim(spAxes(i),[-max(scaler) max(scaler)]);
end
pos = get(hfig, 'Position');
set(hfig, 'Position', [pos(1)*0.7 pos(2)*0.7 1.3*pos(3) 1.3*pos(4)]);

На поток компенсируемые графики созвездия символа подтверждают параметры симуляции и передают эффективность метода. Отметьте заметное 16QAM, 64QAM и созвездия QPSK на пользователя, как задано на конце передачи. Также наблюдайте ухудшение EVM по различным потокам для отдельного пользователя. Это - представительная характеристика метода инверсии канала.

Восстановленные биты данных по сравнению с переданными битами полезной нагрузки, чтобы определить частоту ошибок по битам.

% Compare recovered bits against per-user APEPLength information bits
ber = inf(1, numUsers);
for uIdx = 1:numUsers
    idx = (1:cfgVHTMU.APEPLength(uIdx)*8).';
    [~, ber(uIdx)] = biterr(txDataBits{uIdx}(idx), rxDataBits{uIdx}(idx));
    disp(['Bit Error Rate for User ' num2str(uIdx) ': ' num2str(ber(uIdx))]);
end

rng(s); % Restore RNG state

Bit Error Rate for User 1: 0.00013228
Bit Error Rate for User 2: 0
Bit Error Rate for User 3: 0

Небольшое количество битовых ошибок, в шумовом отклонении, указывает на успешное декодирование данных для всех потоков для каждого пользователя, несмотря на изменение EVMs, замеченного в отдельных потоках.

Заключение и дальнейшее исследование

Пример показывает многопользовательскую настройку передачи, независимое моделирование канала в расчете на пользователя, и индивидуум получает обработку с помощью методов инверсии канала перед кодированием.

Дальнейшее исследование включает модификации в передачу и параметры канала, альтернативные методы перед кодированием, более реалистические приемники и задержки слияния механизма обратной связи и квантование.

Приложение

Этот пример использует следующие функции помощника:

Выбранная библиография