802.11ad波形生成波束形成

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本示例展示如何使用WLAN工具箱™和相控阵系统工具箱™使用相控阵波束形成IEEE®802.11ad™DMG波形。

简介

IEEE 802.11ad [1]定义了工作在60千兆赫的定向多千兆赫(DMG)传输格式。为了克服60 GHz时的大路径损耗，IEEE 802.11ad标准被设计为支持定向波束形成。金宝app通过使用相控阵天线阵列，可以应用天线权重矢量(AWV)将天线模式聚焦到所需的方向。每个包在所有数组元素上传输，但AWV对每个元素应用相移来引导传输。通信链路的质量可以通过在DMG包中添加可选的训练字段来改善，并在发射机或接收机上测试不同的awv。这个过程被称为光束细化。

DMG报文由以下字段组成:

STF -短训练字段，用于同步。
CE -信道估计字段，用于信道估计。
报头-信令字段，接收方对其进行解码以确定传输参数。
Data——数据字段，承载用户数据有效负载。
AGC子场-可选的自动增益控制(AGC)子场，用于波束细化。
训练子字段-可选的训练子字段，用于波束细化。

STF和CE字段构成序言。DMG报文的序言、报头和数据字段使用同一个AWV传输。对于发射波束细化训练，最多可在数据包中添加64个训练(TRN)子字段。每个TRN子字段使用不同的AWV传输。这允许对多达64个不同AWV的性能进行测量，并为后续传输细化前置、报头和数据字段的AWV。在TRN子字段中，每四个TRN子字段就有一个CE子字段周期性地传输。每个CE子字段使用与前导相同的AWV传输。为了允许接收端在接收到TRN子字段之前重新配置AGC, TRN子字段之前会有AGC子字段。对于每个TRN子字段，AGC子字段使用应用于单个TRN子字段的相同AWV传输。这允许在接收器处设置增益，适用于测量所有TRN子场。 The diagram below shows the packet structure with four AGC and TRN subfields numbered and highlighted. Therefore, four AWVs are tested as part of beam refinement. The same AWVs are applied to AGC and TRN subfields with the same number.

本例通过将不同的awv应用于每个训练子字段来模拟发射机训练，以在多个方向上引导传输。通过评估远场平面波，在接收机上评估每个训练子场的强度，以确定哪种传输AWV是最优的。此模拟不包括信道或路径损失。

这个例子要求WLAN的工具箱而且相控阵系统工具箱．

波形规范

该波形配置为具有单载波调制(SC)物理层、100字节物理层业务数据单元(PSDU)和四个发射机训练子字段的DMG包传输。四个训练子场允许四架awv进行波束优化测试。使用函数wlanDMGConfig，创建DMG配置对象。DMG配置对象指定传输参数。

dmg = wlanDMGConfig;dmg。MCS = 1;单载波调制dmg。TrainingLength = 4;%使用4个训练子字段dmg。PacketType =“TRN-T”；发射机培训dmg。PSDULength = 100;%字节

波束形成规范

发射机天线图配置为具有半波长间距的16元均匀线性阵列。使用对象分阶段。齿龈(相控阵系统工具箱)而且分阶段。SteeringVector(相控阵系统工具箱)，创建相控阵和awv。用于评估传输的接收机的位置指定为发射机的视距偏移。

receiverAz = 6;%变送器视距偏离度

采用16个单元的均匀线性相控阵控制传输。

N = 16;元素数量%C = physconst(“光速”）;%传播速度(m/s)Fc = 60.48e9;%中心频率(Hz)Lambda = c/fc;%波长(m)D = /2;%天线单元间距(m)TxArray =相控。齿龈(“NumElements”N“ElementSpacing”d);

创建awv使用分阶段。SteeringVector(相控阵系统工具箱)对象。指定了五个转向角度来创建五个awv，一个用于前置和数据字段，另一个用于四个训练子字段。序言和数据字段在视距处传输。四个训练子场以瞄准角传输。

创建一个方向导向矢量对象SteeringVector =相控。SteeringVector (“SensorArray”, TxArray);导语和数据的方向角为0度方位角，不%标高，因此在视距处。[方位;海拔高度)preambleDataAngle = [0;0);四个训练领域中的每一个都使用一组不同的重量来控制方向。%到稍微不同的方向。[方位;海拔高度)trnAngle = [[-10;0] [5;0] [5;0] [10;0]];生成所有角度的权重weights = SteeringVector(fc，[preambleDataAngle trnAngle]);AWV的每一行都是应用于不同天线元件的权重preambleDataAWV = conj(weights(:，1));% AWV用于序言、数据和CE字段trnAWV = conj(weights(:，2:end));每个TRN子字段使用的AWV %

使用plotArrayResponse辅助函数时，阵列响应显示接收器方向与训练子场TRN-SF3方向最一致。

plotArrayResponse (TxArray receiverAz, fc、重量);

{“字符串”:“”,“它”:[],“乳胶”:[]}

生成基带波形

使用配置的DMG对象和填充随机数据的PSDU作为波形发生器的输入，wlanWaveformGenerator．波形发生器根据格式配置调制PSDU位。

创建一个随机位的PSDUS = rng(0);为可重复的结果设置随机种子psdu = randi([0 1]，dmg.PSDULength*8,1);%生成数据包tx = wlanWaveformGenerator(psdu,dmg);

对每个场应用权重向量

一个分阶段。散热器(相控阵系统工具箱)对象，将awv应用到波形中，将每个元素的辐射信号组合成平面波，并确定兴趣角的平面波，receiverAz．DMG波形的每一部分tx是通过散热器和一组指定的awv，以及评估平面波的角度。

散热器=相控的。散热器。Sensor = TxArray;使用统一的线性数组散热器。WeightsInputPort = true;提供AWV作为参数散热器。操作频率= fc;%频率(赫兹)散热器。CombineRadiatedSignals = true;%产生平面波平面波在相对于散热器的方向上计算steerAngle = [receiverAz;0);%[方位;海拔高度)波束形成的波形在接收机处被视为平面波planeWave =零(大小(tx));获取字段的索引ind = wlanFieldIndices(dmg);在将AWV应用到序言、报头和数据时获取平面波idx = (1:ind.DMGData(2));planeWave(idx) =散热器(tx(idx)，steerAngle,preambleDataAWV);在AGC和TRN子场应用AWV时获得平面波为I = 1:dmg。培训Length% AGC子字段agcsfIdx = ind.DMGAGCSubfields(i,1):ind.DMGAGCSubfields(i,2);planeWave(agcsfIdx) =散热器(tx(agcsfIdx)，steerAngle,trnAWV(:，i));% TRN子字段trnsfIdx = ind.DMGTRNSubfields(i,1):ind.DMGTRNSubfields(i,2);planeWave(trnsfIdx) =散热器(tx(trnsfIdx)，steerAngle,trnAWV(:，i));结束%在TRN-CE上应用AWV得到平面波为I = 1:dmg。培训Length/4 trnceIdx = ind.DMGTRNCE(i,1):ind.DMGTRNCE(i,2); planeWave(trnceIdx) = Radiator(tx(trnceIdx),steerAngle,preambleDataAWV);结束

评估波束形成的波形

辅助函数plotDMGWaveform绘制波束形成的平面波的大小。在计算波束形成的平面波的大小时，我们可以看到，在接收机方向上的波束形成的场比其他场强。

plotDMGWaveform (planeWave dmg,“波束形成的平面波，突出显示磁场”）;

图中包含一个轴对象。标题为Beamformed Plane Wave with Fields Highlighted的axis对象包含26个类型为line的对象。这些对象表示STF, CE, Header, Data, AGC-SF1, AGC-SF2, AGC-SF3, AGC-SF4, TRN-CE, TRN-SF1, TRN-SF2, TRN-SF3, TRN-SF4。

rng(年代);%恢复随机状态

结论

本例展示了如何生成IEEE 802.11ad DMG波形，并将awv应用于波形的不同部分。该示例使用WLAN工具箱生成符合标准的波形，并使用相控阵系统工具箱应用awv并评估接收机方向上的合成平面波的大小。

选定的参考书目

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。