主要内容

802.11AX通过系统级模拟对OFDM和OFDMA的下行链路吞吐量比较

这个例子演示了如何建模一个多节点下行正交频分多址(OFDMA) IEEE 802.11ax™[1]场景使用SimEvents®,statflow®和WLAN工具箱™。在OFDMA中,独立的子载波组被分配给不同的用户,以实现同时传输。这种多路复用技术在频谱效率、争用、延迟和网络抖动方面提供了显著的优势。这个例子提供了一个在802.11ax网络中实现下行(DL) OFDMA通信的模型。该网络拓扑由一个接入点(AP)和四个线性放置的站点组成。该模型允许您为不同的目标站点配置多个具有相同访问类别(AC)的应用程序。在本例中,给站点分配的资源单元(RUs)是根据用户数量确定的。AP以循环式的方式向站点调度传输。从图中可以看出,与OFDM相比,OFDMA在AP上的DL吞吐量更高。

802.11AX OFDMA.

IEEE 802.11ax通过现有的802.11ac标准引入了显着的增强[2]。其中一个关键改进是OFDMA,它是正交频分复用(OFDM)数字调制技术的扩展到多用户环境中。OFDMA的原理是有效地使用可用频率空间。OFDMA将信道带宽分区为多个互斥子带,称为RUS。通过对通道带宽进行分区,多个用户可以同时访问空中接口。结果,可以同时对多个用户进行小帧的并发传输。例如,传统的20MHz信道可以被划分为最多九个子信道。随后,使用OFDMA,802.11ax AP可以同时将小帧传输到九个802.11AX站。帧的同时传输不仅在MAC的过度开销上不仅削减,而且最小化争用开销。在OFDMA中,RUS的分配完全由AP控制。 The 802.11ax standard specifies two types of OFDMA transmissions, namely downlink (DL) and uplink (UL) OFDMA.

  • DL OFDMA:AP将数据发送到多个站,同时使用每个站的不同RU。

  • ULDMA:多个站与每个站使用不同的ru,同时将数据发送到AP。

OFDM和OFDMA的比较

本节说明OFDM和OFDMA之间的差异。在该图中,802.11n / AC / AX AP独立于时间将DL到4 OFDM站发送到4个OFDM站。整个通道带宽用于AP和单个OFDMA站之间的DL通信。对于从单个802.11n / ac / ax客户端到802.11n / ac / ax ap的任何上行链路传输相同的保持真实。

这张图显示,当使用OFDMA时,802.11ax AP将信道带宽划分为RUs,供多个OFDMA站在连续基础上同时进行DL传输。通过划分信道带宽,OFDMA有效地利用了可用的频谱,从而减少了MAC争用和PHY前置开销。

802.11AX AP还可以与802.11Ax OFDMA站坐标以进行同时上行链路传输。

型号802.11ax网络与OFDMA

此示例在802.11AX网络中使用一个AP和四个站演示DL OFDMA通信。这些车站用位于开始时线性放置。这些站利用具有物理载波侦听的碰撞避免(CSMA / CA)的载波感性多次访问。物理载波感测使用清晰的通道评估(CCA)机制来确定介质是否在发送之前忙。这个例子是对的增强802.11 MAC和应用程序吞吐量测量的例子。增强功能与在MAC和PHY库块中添加802.11AX DL OFDMA支持。金宝app然而节点位置分配器(NPA)可视化器应用程序流量生成器块与中的相同802.11 MAC和应用程序吞吐量测量的例子。

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

示例中使用的应用程序层块(流量生成器和流量接收器)与802.11 MAC和应用程序吞吐量测量的例子。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,例如数据包大小包的时间间隔目的地名称, 和访问类别(AC).可以使用不同的AC同时启用多个应用目的地名称.若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。

此图显示了应用程序的配置选项。双击应用程序流量生成器块以检索这些选项。

Mac配置

  • 通过设置,AP可配置为发送DL OFDMA多用户格式帧PHY TX格式HE-MU-OFDMAMAC配置参数。也可以限制DL OFDMA传输中的用户数量最大下行链路站财产。

  • 通过允许基本服务集(BSS)之间的并行传输使用BSS颜色实现空间重用财产。此属性仅适用于时PHY TX格式属性设置为HE-EXT-SU,或HE-MU-OFDMA.该模型不支持空间重用(SR)功能。金宝app要研究SR与BSS着色对网络吞吐量的影响,请参阅802.11AX住宅场景中的BSS着色的空间重用的例子。

使用HE-MU-OFDMA格式模型限制:

  • 此示例仅支持DL OFDM金宝appA通信。任何节点都可以充当AP或站。启用一个或多个应用程序的节点被视为AP。该模型假定所有剩余的站都与APS相关联。

  • 不支持上行链路确认。金宝app

  • 不支持使用RTS和CTS的通道预订。金宝app

  • 不支持与MIMO结合的OFDMA。金宝app

  • 不支持与速率适应组合的OFDMA。金宝app

当。。。的时候PHY TX格式HE-MU-OFDMA,ACK政策RTS阈值, 和传输链数量选项已禁用。

仿真结果

为了测量网络吞吐量,为这两种情况执行模拟:

  1. 美联社的发射机:使用OFDM和OFDMA传输模拟AP服务1,2,4,6,8和9站的模型。

  2. AP和站作为发射器:与上述场景相同,但工作站也使用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。

仿真配置

使用九个站和一个AP创建802.11AX网络。在AP,添加九个应用程序流量生成器阻止生成数据到九个站。使站点成为变送器,配置Appstate.an应用程序流量生成器块。使用本表中的值配置AP/站。

参数 价值
数据包大小 1000字节
包的时间间隔 0.00001秒
访问类 最大的努力
MAX A-MPDU子帧 1
MCS. 11
ACK政策 没有ack.

模拟网络HE-MU-OFDMA通过改变为每个模拟使能为1,2,4,6,8和9的应用程序数量来格式化。在每个模拟运行的末尾,从中检索每个节点的吞吐量值statistics.mat文件和总结以获取总吞吐量。

OFDM和OFDMA配置的绘制吞吐量结果。

美联社的发射机

此代码绘制仅使用AP作为发射机的OFDM和OFDMA配置:

数字;%DL站的数量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仿真获得的%绘图吞吐量情节(numStations throughputOFDM,'-o');%保留OFDM吞吐量图持有从OFDMA模拟获得的%绘图吞吐量情节(numStations throughputOFDMA,“- x”);网格;Xlabel('DL站的数量');ylabel ('吞吐量(Mbps)');传奇('OFDM'“OFDMA”'地点'“东北朝”);标题('AP的下行链路吞吐量);

AP和站作为发射器

此代码绘图使用AP和站点的DFM和OFDMA配置为发射器:

数字;%DL站的数量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)吞吐量= [21.44 16.64 10.72 8.16 8 7.2];从OFDM仿真获得的%绘图吞吐量情节(numStations throughputOFDM,'-o');%保留OFDM吞吐量图持有从OFDMA模拟获得的%绘图吞吐量情节(numStations throughputOFDMA,“- x”);网格;Xlabel('DL站的数量');ylabel ('吞吐量(Mbps)');传奇('OFDM'“OFDMA”'地点'“东北朝”);标题('AP的下行链路吞吐量);

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前导码头,用OFDMA获得的吞吐量大于使用OFDM获得的吞吐量。当仅配置AP作为发射器时,DL吞吐量显示OFDM不会更改。但是,当AP和站都被配置为发射器时,DL吞吐量显示出稳步下降。这是因为AP使当作为网络中的传输站的数量传输的机会较少。

此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库块中。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。采用轮循调度策略选择下一个传输站。RUs的分配是根据用户数确定的。这些图证实了使用OFDMA的AP的吞吐量大于使用OFDM的吞吐量。

进一步的探索

调度传输站

这个例子使用轮循调度算法来选择下一个传输的站点。

俄文分配

在传输中,分配索引定义RUS的分配。分配索引在[中的表27-24中1]。对于每个20 MHz子信道,8位索引描述了RU的数量,RUS的大小以及在每个RU上传输的用户数。在该示例中,根据本表中所示的用户数来固定对DL站的RUS分配。在上述两个图中,可以将四个站到六个站的OFDMA的吞吐量降至ru尺寸。与26色调RU相比,52色调RU中的传输时间短。当发送MU帧时,MU帧中的所有PSDU都被填充以在相同的传输时间对准。对于六个用户的26色调Ru的存在导致较长的传输时间,从而导致四到六个用户之间的吞吐量下降。

数量的电台 分配指数 RU的大小(音调)
1 192.
242
2 96.
106 106
3. 128
106 26 106
4 112
52 52 52 52
5 15
52 52 26 52 52
6 7
26 26 52 26 52 52
7 3.
26 26 26 26 26 52 52
8 1
26 26 26 26 26 26 26 52
9 0
26 26 26 26 26 26 26 26 26

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helper函数来修改站点调度算法和RU分配圆形玻璃板由此使用edca mac.块。

附录

示例使用了以下帮助程序:

  1. edcaFrameFormats.m:为PHY帧格式创建枚举。

  2. edcanodeinfo.m.:返回节点的MAC地址。

  3. edcaPlotQueueLengths.m:绘图模拟中的MAC队列长度。

  4. edcaPlotStats.m:绘图关于模拟时间的MAC状态转换。

  5. edcastats.m.:创建模拟统计信息的枚举。

  6. edcaupdatestats.m:更新模拟的统计信息。

  7. HelperAggregatempdus.m.:将mpdu聚合成A-MPDU。

  8. alpersubframebourboundaries.m.:返回A-MPDU的子帧边界。

  9. Phyrx.m.:模型与数据包接收相关的PHY操作。

  10. phytx.m.描述与数据包传输相关的PHY操作。

  11. edcaApplyFading.m:在波形上应用瑞利衰落效果。

  12. heSIGBUserFieldDecode.m:解码He-Sig-B用户字段。

  13. hecpecorrection.m.:估计和正确的常见相位错误。

  14. Hesigbcommonfielddecode.m.:解码HE-SIG-B通用域。

  15. heSIGBMergeSubchannels.m:合并20MHz He-Sig-B子信道。

  16. addmupadding.m.:增加多用户PSDU填充。

  17. macQueueManagement.m:创建WLAN MAC队列管理对象。

  18. 圆形林氏金属师:创建一个循环调度程序对象。

  19. Calculatesubframescount.m.:返回要汇总的子帧的数量。

  20. 译文vhtsigabitsfailcheck.m.:解释VHT-SIG-A字段中的位

  21. rateadaptationarf.M.M.:创建一个自动速率回退(ARF)算法对象。

  22. rateadaptationminstrelnonht.m.:创建一个instrel算法对象。

参考文献

  1. IEEE P802.11AX™/ D4.1。“修正6:高效WLAN的增强”信息技术的标准标准 - 系统本地和大都市区域网络之间的电信和信息交流 - 特定要求 - 第11页:无线LAN介质访问控制(MAC)和物理层(PHY)规格。

  2. IEEE STD 802.11ac™-2016。“无线LAN介质访问控制(MAC)和物理层(PHY)规格。”IEEE用于信息技术 - 电信和信息交流的IEEE标准,本地和大都市区域的特定要求。

  3. 江,陶等,编辑。正交频分多址基本原理及应用.奥尔巴赫,2010年。