主要内容

802.11ac发射机测量

这个例子展示了如何在IEEE®802.11ac™波形上执行这些发射机测量:

  • 调制精度

  • 光谱发射掩模

  • 频谱平坦

  • 同相和正交(IQ)增益和相位不平衡

简介

对于给定的配置,发射机调制精度、所需的频谱掩码和所需的频谱平坦度在[1].这个例子展示了如何在波形上执行这些测量。这个例子还对IQ增益和相位不平衡进行了建模、测量和修正。使用WLAN工具箱™生成波形或使用频谱分析仪捕获波形。

该示例生成20个上采样VHT包,通道带宽为80 MHz,包之间的间隔为10微秒。每个数据包包含随机数据,采用256-QAM调制。将IQ增益和相位不平衡添加到滤波波形中。使用高功率放大器(HPA)模型引入带内失真和频谱再生。对高功率放大器建模后的上采样波形进行光谱发射掩模测量。降低采样和校正波形与估计的智商增益和相位不平衡。测量VHT数据字段的误差矢量幅度(EVM)以确定调制精度。此外,测量光谱平坦度。该图显示了示例中包含的工作流。

802.11ac VHT报文配置

本例生成由多个VHT格式报文组成的IEEE 802.11ac波形。使用VHT格式配置对象,wlanVHTConfig,配置VHT报文的传输属性。下面的示例为80mhz带宽配置VHT波形。因为这个例子没有使用空时分组编码,所以它可以测量每个空间流的调制精度。

cfgVHT = wlanVHTConfig;创建包配置cfgVHT。ChannelBandwidth =“CBW80”% 80 MHzcfgVHT。numtransmitantenna = 1;一个发射天线cfgVHT。NumSpaceTimeStreams = 1;%一个时空流cfgVHT。STBC = false;%没有STBC,所以是一个空间流cfgVHT。MCS = 8;调制:256-QAMcfgVHT。APEPLength = 3000;% A-MPDU eof前填充长度(以字节为单位)

波形的一代

函数生成指定位和配置的VHT波形wlanWaveformGenerator函数,指定所需的过采样因子、包数和每个包之间的空闲时间。

Osf = 3;% 3x过采样因子numPackets = 20;生成20个包idleTime = 10e-6;包之间的空闲时间% 10微秒

为所有数据包创建随机位,数据,并作为参数传递给wlanWaveformGenerator以及VHT包配置对象cfgVHT.配置波形发生器以合成802.11ac VHT波形。此外,通过使用名称-值对来配置波形发生器,以生成多个过采样数据包,每个数据包之间具有指定的空闲时间。

%创建随机数据;PSDULength以字节为单位savedState = rng(0);%设置随机状态data = randi([0 1],cfgVHT.PSDULength*8*numPackets,1);%生成多包波形tx波形= wlanWaveformGenerator(数据,cfgVHT,...“OversamplingFactor”osf,“NumPackets”numPackets,“IdleTime”, idleTime);fs = wlanSampleRate(cfgVHT);波形的基带采样率

添加Impariments

智商失衡建模

当前端组件不尊重I和Q分支之间的功率平衡或正交性时,IQ不平衡就会出现。本例根据标志将IQ增益和相位不平衡添加到传输波形中modelIQImbalance.在接收机处,估计IQ增益和相位不平衡,并根据[中规定的补偿方案校正波形。5].

modeliq失衡= true;%设置为true添加智商增益和相位不平衡如果modeliqbalance iqGaindB = 1;%智商增益不平衡的dB,指定范围为[-1 1]iqPhaseDeg = 1;% IQ相位不平衡程度,从范围[-2]指定iqGainLin = db2mag(iqGaindB);将增益从dB转换为线性值tx波形= real(tx波形)+ 1i*imag(tx波形)*iqGainLin*exp(1j*iqPhaseDeg*pi/180);为[5]的方程1所示结束

大功率放大器建模

大功率放大器以带内畸变和频谱再生的形式引入非线性行为。此示例使用802.11ac中的Rapp模型模拟功率放大器[2],这会导致AM/AM失真。

模型放大器使用comm.MemorylessNonlinearity对象,并通过指定后退来配置减少失真,hpaBackoff,使放大器在饱和点以下工作。对于较高的MCS值,您可以增加回退以降低EVM。

p饱和度= 25;功率放大器的饱和功率% dBmhpaBackoff = 13;%功率放大器回退,单位为dB创建和配置一个无记忆非线性模型放大器非线性;非线性。方法=“拉普模式”;非线性。平滑度= 3;% p参数非线性。线性增益= -hpaBackoff;非线性。OutputSaturationLevel = db2mag(pSaturation-30);将模型应用于每个发射天线tx波形=非线性(tx波形);

热噪声

添加热噪声到每个发射天线使用comm.ThermalNoise对象,噪音系数为6分贝[3.].

thNoise = com . thermalnoise (“NoiseMethod”“噪声图”“SampleRate”fs * osf,“NoiseFigure”6);i = 1:cfgVHT。numtransmitantenna tx波形(:,i) = thNoise(tx波形(:,i));结束

调制精度(EVM),光谱平坦度和IQ不平衡测量

下采样和滤波

将过采样波形重新采样至基带,用于物理层处理、EVM和频谱平坦度测量,在降采样前应用低通抗混叠滤波器。低通滤波器的影响在光谱平坦度测量中可见。抗混叠滤波器的设计使所有有源子载波都在滤波器通带内。

设计重采样滤波器。

stop = 40;阻带衰减%ofdmInfo = wlanVHTOFDMInfo(“VHT-Data”, cfgVHT);OFDM参数SCS = fs/ofdmInfo.FFTLength;子载波间距%txbw = max(abs(ofdmInfo.ActiveFrequencyIndices))*2*SCS;已占用带宽百分比[L,M] =鼠(osf);maxLM = max([L M]);R = (fs-txbw)/fs;TW = 2*R/maxLM;%过渡宽度b = designMultirateFIR(L,M,TW, stopp);

将波形重新采样到基带。

firinterp = dsp.FIRRateConverter(M,L,b);rx波形= firinterp(tx波形);

接收处理

本节检测、同步和提取数据包rxWaveform,然后测量EVM、谱平坦度和IQ不平衡。对于每个包,示例执行以下步骤:

  • 检测数据包的开始

  • 提取非ht字段

  • 估计和纠正粗载波频偏(CFO)

  • 使用经过频率校正的非ht字段进行精细的符号定时估计

  • 使用精细符号定时偏移量从波形中提取数据包

  • 用粗略的CFO估计修正提取的包

  • 提取L-LTF,然后估计精细CFO并对整个包进行校正

  • 提取VHT-LTF并对每个发射流进行信道估计

  • 从信道估计中测量IQ不平衡,并对信道估计进行修正

  • 利用信道估计方法测量光谱平坦度

  • 对VHT数据场进行提取和OFDM解调

  • 通过使用解调数据场导频和导频子载波上的单流信道估计进行噪声估计

  • 利用信道估计和噪声估计对VHT数据场进行相位校正和均衡

  • 用IQ不平衡估计修正均衡数据子载波

  • 对于每个空间流中的每个数据携带子载波,找到最近的星座点并测量EVM

下图显示了处理链:

VHT-LTF符号包括导频符号以允许相位跟踪,但本例不执行相位跟踪。

测试每个包的谱平坦度,方法是测量信道估计中各个子载波的幅度与平均[1].使用helper函数绘制每个包的这些偏差vhtTxSpectralFlatnessMeasurement.绘制每个数据携带子载波的平均EVM和每个包的均衡符号。

对VHT数据符号进行解调、均衡和解码wlanVHTDataRecover函数。参数化此函数,以执行先导相位跟踪和零强制均衡的标准要求。本例从均衡的符号测量调制精度。

的两个实例进行了两次不同的EVM测量comm.EVM

  • 每个包的RMS EVM,包括子载波、OFDM符号和空间流上的EVM的平均值。

  • 一个包的每个子载波每个空间流的RMS EVM。由于这种配置将空间流直接映射到天线,因此这种测量可以帮助检测频率相关的损伤,这可能会对各个射频链产生不同的影响。该测量仅对OFDM符号上的EVM取平均值。

设置EVM测量[EVMPerPkt,EVMPerSC] = vhtEVMSetup(cfgVHT);

这段代码配置用于处理的对象和变量。

获取访问时域数据包中每个字段的索引ind = wlanFieldIndices(cfgVHT);rxWaveformLength = size(rxwavelength,1);pktLength = double(ind.VHTData(2));定义我们可以检测到的最小数据长度;L-STF的长度%样本minPktLen = double(ind.LSTF(2)-ind.LSTF(1))+1;设置测量图[hSF,hCon,hEVM] = vhtTxSetupPlots(cfgVHT);rmsEVM = 0 (numPackets,1);pktOffsetStore = 0 (numPackets,1);rng (savedState);%恢复随机状态

检测和处理接收波形内的数据包,rxWaveform通过使用while循环,执行这些步骤。

  • 通过索引来检测包rxWaveform通过样本偏移量,searchOffset

  • 检测和处理内的第一个包rxWaveform

  • 通过增加样本索引偏移量来检测和处理下一个数据包,searchOffset

  • 重复此操作,直到检测不到其他数据包为止

pktNum = 0;searchOffset = 0;%第一次取样开始(无偏移)(searchOffset + minPktLen) < = rxWaveformLength包检测pktOffset = wlanPacketDetect(rx波形,cfgVHT.ChannelBandwidth);从波形开始的数据包偏移量%pktOffset = searchOffset+pktOffset;%如果没有检测到数据包或在波形边界外偏移,则停止如果isempty(pktOffset) || (pktOffset<0) ||...((pktOffset + ind.LSIG (2)) > rxWaveformLength)打破结束提取非ht字段并进行粗频偏校正允许可靠的符号计时nonht = rx波形(pktOffset+(ind.LSTF(1):ind.LSIG(2)),:);coarfreqoff = wlanCoarseCFOEstimate(nonht,cfgVHT.ChannelBandwidth);nonht = helperFrequencyOffset(nonht,fs,-粗糙freqoff);确定L-LTF的预期开始和实际开始之间的偏移量L-LTF的%lltfOffset = wlanSymbolTimingEstimate(nonht,cfgVHT.ChannelBandwidth);确定数据包偏移量pktOffset = pktOffset+lltfOffset;%如果偏移量没有波形边界,则跳过采样并继续%在剩余波形中搜索如果(pktOffset<0) || ((pktOffset+pktLength)>rxWaveformLength) searchOffset = pktOffset+double(ind.LSTF(2))+1;继续结束%定时同步完成;提取检测到的数据包rxPacket = rx波形(pktOffset+(1:pktLength),:);pktNum = pktNum+1;disp ([“包”num2str (pktNum)' at index: 'num2str (pktOffset + 1)]);对提取的数据包进行粗频率校正rxPacket = helperFrequencyOffset(rxPacket,fs,-粗糙freqoff);对提取的数据包执行精细的频偏校正lltf = rxPacket(ind.LLTF(1):ind.LLTF(2),:);提取L-LTFfineFreqOff = wlanFineCFOEstimate(lltf,cfgVHT.ChannelBandwidth);rxPacket = helperFrequencyOffset(rxPacket,fs,-fineFreqOff);提取VHT-LTF样本,解调并进行信道估计vhtltf = rxPacket(ind.VHTLTF(1):ind.VHTLTF(2),:);vhtltfDemod = wlanVHTLTFDemodulate(vhtltf,cfgVHT);获得单个流通道估计chanEstSSPilots = vhtSingleStreamChannelEstimate(vhtltfDemod,cfgVHT);%渠道估计chanEst = whtltfchannelestimate (vhtltfDemod,cfgVHT);执行IQ增益和相位不平衡估计(增益、相位、α,β,γ,dataRot] =...helperIQImbalanceEstimate(成龙、cfgVHT);流(测量IQ增益和相位不平衡:%2.2f dB, %2.2f deg\n、增益、相位);在信道上执行IQ增益和相位不平衡校正%的估计chanEst = chanEst。/(alphaEst + betaEst.*gamma);为[5]的公式29所示谱平坦度测量vhtTxSpectralFlatnessMeasurement(成龙、cfgVHT pktNum hSF);从波形中提取VHT数据样本vhtdata = rxPacket(ind.VHTData(1):ind.VHTData(2),:);估计VHT数据场的噪声功率noisevvht = vhtNoiseEstimate(vhtdata,chanEstSSPilots,cfgVHT);提取VHT数据样本并进行OFDM解调、均衡%和相位跟踪[~,~,eqSym] = wlanVHTDataRecover(vhtdata,chanEst, noisevvht,cfgVHT,...“EqualizationMethod”“ZF”“PilotPhaseTracking”“PreEQ”);%采用零强制算法进行均衡对VHT数据进行IQ增益和相位不平衡校正eqSym = eqSym.*dataRot;%数据子载波上的载波旋转eqSym =((连词(α)* eqSym) -(β*连词(eqSym(结束:1:1 ,:,:))))/(( abs(α)^ 2)——(abs(β)^ 2));为[5]的公式30所示为包计算所有空间流的RMS EVMrmsEVM(pktNum) = EVMPerPkt(eqSym);流(' RMS EVM: %2.2f%%, %2.2fdB\n'rmsEVM (pktNum), 20 * log10 (rmsEVM (pktNum) / 100));计算每个子载波和包的空间流的RMS EVMevmPerSC = evmPerSC (eqSym);% Nst-by-1-by-Nss绘制每个子载波和均衡星座的RMS EVMvhtTxEVMConstellationPlots (eqSym、evmPerSC cfgVHT、pktNum hCon, hEVM);存储波形内每个包的偏移量pktOffsetStore(pktNum) = pktOffset;增量波形偏移量并搜索数据包的剩余波形searchOffset = pktOffset+pktLength+minPktLen;结束
数据包1在索引:25
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°
谱平坦度通过
RMS EVM: 3.30%, -29.63dB

图中包含一个轴对象。标题为RMS EVM, Packet:1, Spatial Stream:1的axis对象包含一个类型为line的对象。

数据包2在索引:9785
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°

图中包含一个轴对象。标题为Spectral Flatness, Packet:1的轴对象包含3个类型为line的对象。这些对象表示天线1,偏差限制。

谱平坦度通过
RMS EVM: 3.07%, -30.24dB
数据包3在索引:19545
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°
谱平坦度通过
RMS EVM: 2.91%, -30.71dB
数据包4在索引:29305
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°
谱平坦度通过
RMS EVM: 3.04%, -30.33dB
数据包5在索引:39065
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°
谱平坦度通过
RMS EVM: 2.99%, -30.50dB
数据包6在索引:48825
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°
谱平坦度通过
RMS EVM: 2.67%, -31.49dB
数据包7在索引:58585
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°
谱平坦度通过
RMS EVM: 2.93%, -30.65dB
数据包8在索引:68345
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°
谱平坦度通过
RMS EVM: 2.81%, -31.03dB
数据包9在索引:78105
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°
谱平坦度通过
RMS EVM: 2.93%, -30.65dB
数据包10在索引:87865
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°
谱平坦度通过
RMS EVM: 2.73%, -31.28dB
数据包11在索引:97625
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°
谱平坦度通过
RMS EVM: 2.90%, -30.76dB
索引号为107385的12号包
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°
谱平坦度通过
RMS EVM: 2.94%, -30.63dB
数据包13在索引:117145
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°
谱平坦度通过
RMS EVM: 2.84%, -30.94dB
数据包14在索引:126905
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°
谱平坦度通过
RMS EVM: 2.91%, -30.73dB
数据包15在索引:136665
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°
谱平坦度通过
RMS EVM: 3.09%, -30.20dB
数据包16在索引:146425
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°
谱平坦度通过
RMS EVM: 2.60%, -31.69dB
数据包17在索引:156185
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°
谱平坦度通过
RMS EVM: 2.99%, -30.49dB
数据包18在索引:165945
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°
谱平坦度通过
RMS EVM: 3.20%, -29.90dB
数据包19在索引:175705
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°
谱平坦度通过
RMS EVM: 3.24%, -29.79dB
数据包20在索引:185465
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98°

图中包含一个轴对象。标题为Spectral Flatness, Packet:20的轴对象包含3个类型为line的对象。这些对象表示天线1,偏差限制。

谱平坦度通过
RMS EVM: 3.20%, -29.91dB

图中包含一个轴对象。标题为RMS EVM, Packet:20, Spatial Stream:1的axis对象包含一个类型为line的对象。

如果pktNum > 0流(' %d数据包的平均EVM: %2.2f%%, %2.2fdB\n'...pktNum,意味着(rmsEVM (1: pktNum)), 20 * log10(平均(rmsEVM (1: pktNum)) / 100));其他的disp (“未检测到完整的数据包”);结束
20包平均EVM: 2.96%, -30.56dB

发射光谱发射掩模测量

本节测量经过高功率放大器建模后滤波和受损波形的频谱掩模。

发射机光谱掩模测试[4]使用VHT数据场的时间门控光谱测量。本例从过采样波形中提取每个包的VHT数据字段,txWaveform,通过使用波形内每个包的开始索引。用于确定包索引的基带处理链中引入的任何延迟,在对VHT数据字段进行门控时都必须考虑在内txWaveform.连接提取的VHT数据字段,为测量做准备。

用于访问时域数据包中每个字段的索引ind = wlanFieldIndices(cfgVHT,“OversamplingFactor”(osf);startIdx = ind.VHTData(1);%数据起始endIdx = ind.VHTData(2);数据结束idleNSamps = idleTime*fs*osf;%空闲时间样本perPktLength = endIdx+idleNSamps;idx = 0 (endIdx-startIdx+1,numPackets);i = 1:numPackets% tx波形中数据包的开始,考虑过滤器延迟pktOffset = (i-1)*perPktLength;tx波形中非ht数据的%指数idx(:,i) = pktOffset+(startIdx:endIdx);结束gatedVHTData = tx波形(idx(:),:);

802.11ac标准规定了相对于峰值功率谱密度的频谱掩码。辅助函数helperSpectralMaskTest生成一个覆盖所需掩码与测量PSD的图。

如果pktNum > 0 helperSpectralMaskTest (fs, gatedVHTData osf);结束
频谱掩码通过

图Spectrum Analyzer, Transmit Antenna 1包含一个axis对象和其他类型为uiflowcontainer, uimenu, uitoolbar的对象。axis对象包含两个类型为patch、line的对象。这些对象代表下掩码,上掩码,发射天线1。

结论及进一步探索

这个示例绘制了四个结果:光谱平坦度、每子载波的RMS EVM、均衡星座和光谱掩码。

高功率放大器模型引入了显著的带内畸变和频谱再生,这在EVM结果中可见,噪声星座和频谱掩模图中的带外发射。尝试增加大功率放大器的回退,并注意到改进的EVM,星座和更低的带外发射。

尝试使用不同的值iqGaindB而且iqPhaseDeg并注意对EVM和星座的影响。

相关例子:

选定的参考书目

  1. 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。

  2. Loc和Cheong。IEEE P802.11无线局域网。TGac功能需求和评估方法,修订版16。2011-01-19。

  3. 佩拉希亚,E.和R.斯泰西。下一代无线局域网:802.11n和802.11ac。第二版。英国:剑桥大学出版社,2013年。

  4. 阿尔康博,杰里,还有沙文·苏里尼。使用矢量信号分析仪的IEEE 802.11频谱测量。射频设计27.6(2004):38-49。

  5. M. Janaswamy, N. K. Chavali和S. Batabyal,“HT和VHT无线局域网系统中发射机IQ参数的测量”,2016年信号处理与通信国际会议(SPCOM),班加罗尔。