通过系统级仿真比较OFDM和OFDMA的802.11ax下行吞吐量
此示例演示如何建模多节点下行链路正交频分多址(OFDMA) IEEE®802.11ax™[1场景使用SimEvents®、Stateflow®和WLAN Toolbox™。在OFDMA中,将一组独立的子载波分配给不同的用户以实现同步传输。这种多路复用技术在频谱效率、争用、延迟和网络抖动方面具有显著优势。本例提供了一个在802.11ax网络中启用下行(DL) OFDMA通信的模型。网络拓扑结构由一个接入点(AP)和四个线性放置的站点组成。该模型允许您为不同的目的站配置具有相同访问类别(AC)的多个应用程序。在本例中,分配给站点的资源单位(ru)是固定的,基于用户的数量。美联社以循环的方式安排向各电台的传输。推导出的图表明,与OFDM相比,OFDMA在AP处的DL吞吐量更高。
要了解如何使用MATLAB®模拟此示例,请参见802.11ax下行OFDMA多节点系统级仿真.它支持金宝app高级功能,如上行链路(UL)确认,DL多用户(MU)传输,最高可达74 sta,以及使用MU- rts触发器和UL CTS的通道预留。
802.11 ax OFDMA
IEEE 802.11ax较现有的802.11ac标准作了重大改进[2].其中一个关键的改进是OFDMA,它是正交频分复用(OFDM)数字调制技术在多用户环境中的扩展。OFDMA的原理是有效地利用可用的频率空间。OFDMA将信道带宽划分为多个相互排斥的子带,称为ru。通过划分信道带宽,可以实现多个用户同时访问空中接口。因此,可以同时向多个用户并发传输小帧。例如,一个传统的20mhz信道最多可以划分为9个子信道。随后,使用OFDMA, 802.11ax AP可以同时向9个802.11ax站传输小帧。帧的同时传输不仅减少了MAC上过多的开销,而且使争用开销最小化。在OFDMA中,ru的分配完全由AP控制。802.11ax标准规定了两种OFDMA传输类型,即DL和UL OFDMA。
DL OFDMA:AP使用每个站的不同RU同时向多个站传输数据。
UL OFDMA:多个站同时向AP传输数据,每个站使用不同的RU。
OFDM和OFDMA的比较
本节说明OFDM和OFDMA的区别。在该图中,802.11n/ac/ax AP随着时间的推移将DL传输到4个OFDM站。整个信道带宽用于AP和单个OFDMA站之间的DL通信。从单个802.11n/ac/ax客户端到802.11n/ac/ax AP的任何上行链路传输也是如此。
该图显示了当使用OFDMA时,802.11ax AP在连续的基础上将多个OFDMA站的信道带宽划分为ru,以同时进行DL传输。通过划分信道带宽,OFDMA可以有效地利用可用的频谱,从而减少MAC争用和PHY前导开销。
802.11ax AP还可以与802.11ax OFDMA站协调,实现同步上行链路传输。
型号802.11ax网络与OFDMA
本示例演示了在802.11ax网络中使用一个AP和四个站的DL OFDMA通信。这些站点线性放置,AP位于起点。这些站实现了带有物理载波感知的防碰撞载波感知多路访问(CSMA/CA)。物理载波传感采用CCA (clear channel assessment)机制,在传输之前判断介质是否繁忙。这个例子是对802.11 MAC和应用吞吐量测量的例子。这些增强与在MAC和PHY库块中添加802.11ax DL OFDMA支持有关。金宝app然而,节点位置分配器(NPA)
,视觉型的人
和应用流量发生器
块是相同的802.11 MAC和应用吞吐量测量的例子。
WLAN节点的组成如图所示。通过按上图中每个节点的箭头按钮来检索信息。
应用程序配置
类中使用的相同应用程序层块(流量生成器和流量接收器)802.11 MAC和应用吞吐量测量的例子。您可以使用不同的配置选项添加或删除任意数量的应用程序块数据包大小
,包的时间间隔
,目的地名称
,访问类别(AC)
.同一AC的多个应用可以同时启用不同的AC目的地名称
.要添加或删除应用程序,请输入应用程序
通过双击一个节点的子系统块。控件中的应用程序应用程序
子系统。
该图显示了应用程序的配置选项。双击应用流量发生器
块来检索这些选项。
苹果电脑配置
AP可以通过设置来传输DL OFDMA多用户格式帧
PHY Tx格式
来HE-MU-OFDMA
MAC配置参数。您也可以限制用户的数量在DL OFDMA传输使用最大下行站数
财产。启用基本服务集(bss)之间的并行传输
使用BSS颜色启用空间重用
财产。此属性仅适用于PHY Tx格式
属性设置为HE-SU
,HE-EXT-SU
,或HE-MU-OFDMA
.此模型不支持空间重用(SR)功能。金宝app研究采用BSS着色的SR对网络吞吐量的影响,请参考802.11ax居住场景中BSS着色的空间复用的例子。
HE-MU-OFDMA格式的模型限制:
本例仅支持DL OFDMA金宝app通信。任何节点都可以充当AP或工作站。启用了一个或多个应用程序的节点被认为是ap。该模型假设所有剩余的站都与ap相关联。
不支持上行链路确认。金宝app
不支持使用RTS和CTS的频道预订。金宝app
不支持OFDMA和MIMO结合使用。金宝app
不支持结合速率适应的OFDMA。金宝app
当PHY Tx格式
是HE-MU-OFDMA
,Ack政策
,RTS门限
,传输链数
禁用选项。
仿真结果
为了测量网络吞吐量,我们对以下两种场景进行了模拟:
AP作为发射机:模拟AP服务1、2、4、6、8、9站的模型,使用OFDM和OFDMA传输。
AP和电台作为发射机:与上面的场景相同,但是站点也使用OFDM传输与AP通信。
通过这些模拟获得的吞吐量结果被绘制为OFDM (HE-SU)和OFDMA (HE-MU-OFDMA)配置的DL站数的函数。
模拟配置
创建一个包含9个站点和一个AP的802.11ax网络。在AP上添加9应用流量发生器
块向九个站产生数据。若要使电台成为发射机,请配置AppState
一个应用流量发生器
挡到开。使用本表中所示的值配置AP/站。
参数 | 价值 |
---|---|
数据包大小 | 1000个字节 |
包的时间间隔 | 0.00001秒 |
访问类 | 最大的努力 |
最大A-MPDU子帧 | 1 |
MCS | 11 |
Ack政策 | 没有应答 |
模拟网络HE-SU
而且HE-MU-OFDMA
通过为每个模拟更改启用的应用程序数量,分别为1、2、4、6、8和9。在每次模拟运行结束时,将从statistics.mat
文件并求和得到总吞吐量。
绘制OFDM和OFDMA配置的吞吐量结果。
AP作为发射机
这段代码只使用AP作为发射器绘制OFDM和OFDMA配置:
图;DL站数%numStations = [1 2 4 6 8 9];OFDMA配置的吞吐量结果(Mbps)throughputOFDMA = [32.64 46.08 59.52 55.68 72.96 82.08];OFDM配置的吞吐量结果% (Mbps)throughputOFDM = [33.76 33.76 33.76 33.76 33.76 33.76];从OFDM模拟中获得的吞吐量图情节(numStations throughputOFDM,“o”);保留OFDM吞吐量图持有在;绘制从OFDMA模拟获得的吞吐量情节(numStations throughputOFDMA,“- x”);网格在;包含(“DL站数”);ylabel (吞吐量(Mbps)的);传奇(OFDM的,“OFDMA”,“位置”,“northeastoutside”);标题(“美联社的下行吞吐量”);
AP和电台作为发射机
这段代码使用ap和站作为发射机来绘制OFDM和OFDMA配置:
图;DL站数%numStations = [1 2 4 6 8 9];OFDMA配置的吞吐量结果(Mbps)throughputOFDMA = [20.8 27.52 32.64 29.76 40.96 38.88];OFDM配置的吞吐量结果% (Mbps)throughputOFDM = [21.44 16.64 10.72 8.16 8 7.2];从OFDM模拟中获得的吞吐量图情节(numStations throughputOFDM,“o”);保留OFDM吞吐量图持有在;绘制从OFDMA模拟获得的吞吐量情节(numStations throughputOFDMA,“- x”);网格在;包含(“DL站数”);ylabel (吞吐量(Mbps)的);传奇(OFDM的,“OFDMA”,“位置”,“northeastoutside”);标题(“美联社的下行吞吐量”);
上面的图显示了OFDM和OFDMA的802.11ax吞吐量比较。由于OFDMA减少了MAC争用和PHY前导开销,使用OFDMA获得的吞吐量比使用OFDM获得的吞吐量大。当只配置AP作为发射机时,OFDM的DL吞吐量没有变化。然而,当AP和站都配置为发射机时,DL吞吐量呈稳步下降趋势。这是因为随着网络中发射台数量的增加,AP的发射机会越来越少。
这个示例使您能够在多节点IEEE 802.11ax网络中建模DL OFDMA通信。DL OFDMA支持被添加金宝app到PHY和MAC库块。应用层配置允许您使用不同的目的站启用同一个AC的多个应用程序。循环调度策略用于选择下一次传输的站点。ru的分配是固定的,基于用户的数量。这些图证实了使用OFDMA的AP的吞吐量大于使用OFDM获得的吞吐量。
进一步的探索
调度传输站
本例使用轮询调度算法选择下一次传输的站点。
俄文分配
在传输中,分配索引定义了ru的分配。分配指标定义见[的表27-26]。1].对于每个20 MHz的子信道,一个8位的索引描述了RU的数量、RU的大小以及在每个RU上传输的用户数量。在本例中,DL站的ru分配是固定的,基于用户数量,如表中所示。在上述两个图中,OFDMA的吞吐量从四个站下降到六个站可以与RU大小相关。52色调的俄文传输时间比26色调的俄文短。当传输MU帧时,MU帧中的所有psdu在同一传输时间被填充对齐。6个用户使用26音RU会导致更长的传输时间,从而导致4到6个用户之间的吞吐量下降。
车站数量 | 分配指数 | RU尺寸(色调) | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 192 |
|
|||||||||
2 | 96 |
|
|||||||||
3. | 128 |
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4 | 112 |
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|||||||||
5 | 15 |
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6 | 7 |
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7 | 3. |
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8 | 1 |
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9 | 0 |
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本例中使用的模型实现了四个站点(分配索引112)。您可以通过更新助手功能来修改工作站调度算法和RU分配roundRobinScheduler由EDCA MAC
块。
附录
下面的例子使用了这些helper:
edcaFrameFormats.m:为PHY帧格式创建枚举。
edcaNodeInfo.m:返回节点的MAC地址。
edcaPlotQueueLengths.m:在模拟中绘制MAC队列长度。
edcaPlotStats.m:绘制MAC状态转换与模拟时间的关系。
edcaStats.m:为模拟统计数据创建一个枚举。
edcaUpdateStats.m:更新仿真统计信息。
helperAggregateMPDUs.m:聚合多个mpdu组成一个A-MPDU。
helperSubframeBoundaries.m:返回A-MPDU的子帧边界。
phyRx.m:模拟与数据包接收相关的PHY操作。
phyTx.m模拟与数据包传输相关的PHY操作。
edcaApplyFading.m:在波形上应用瑞利衰落效果。
heSIGBUserFieldDecode.m: Decode HE-SIG-B用户字段。
heSIGBCommonFieldDecode.m: Decode HE-SIG-B公共字段。
heSIGBMergeSubchannels.m:合并20MHz HE-SIG-B子信道。
addMUPadding.m:增加多用户PSDU填充。
macQueueManagement.m:新建WLAN MAC队列管理对象。
roundRobinScheduler.m:创建循环调度对象。
calculateSubframesCount.m:返回要聚合的子帧数。
interpretVHTSIGABitsFailCheck.m:解释VHT-SIG-A字段中的位
rateAdaptationARF.m:创建ARF (auto rate fallback)算法对象。
rateAdaptationMinstrelNonHT.m:创建吟游诗人算法对象。
参考文献
IEEE标准802.11ax™-2021。IEEE信息技术标准。系统间的电信和信息交换。局域网和城域网。特殊要求。第11部分:无线局域网介质访问控制(MAC)和物理层(PHY)规范。修改件1:高效WLAN的增强。
IEEE Std 802.11™-2020。IEEE信息技术标准。系统间的电信和信息交换。局域网和城域网。特殊要求。第11部分:无线局域网介质访问控制(MAC)和物理层(PHY)规范。
Jiang, Tao等,编辑。正交频分多址基础及应用.奥尔巴赫,2010年。