802.11交流传输波束形成
此示例显示如何通过在发射器处可用时，通过波束形成传输来提高IEEE®802.11ac™链路的性能。
介绍
发射波束形成将能量集中到接收器上，以提高链路的信噪比。在这种方案中，发射机称为波束形成器，接收机称为波束形成器。波束形成器使用一个转向矩阵来将能量导向波束形成器。利用信道测量得到的信道状态信息计算转向矩阵。在IEEE 802.11ac中[1这些测量是通过探测波束形成器和波束形成器之间的通道获得的。为了声音通道，波束形成器发送一个NDP(空数据包)到波束形成器。波束形式使用探测提供的信道信息来计算反馈矩阵。这个矩阵以压缩格式反馈给波束形成器。然后波束形成器可以使用反馈矩阵来创建一个转向矩阵和波束形成传输到波束形成器。形成转向矩阵的过程如图所示。
在IEEE 802.11ac中，单用户波束形成能力不是强制性的。因此，多天线发射机可能必须使用不同的方案来将数据包发送到不能作为波束形成器的接收机。其中一个方案就是空间扩张。空间扩展允许在更多的发射天线上传输多个时空流。与直接映射空时流来发射天线相比，使用空间扩展可以在平坦衰落信道中提供较小的发射分集增益[2］.
在该示例中，在发射器和接收器之间考虑4x2 MIMO配置，其中两个时空流用于数据分组传输。首先考虑了不能够是波束形式的接收器的场景。使用空间扩展进行传输，并恢复数据符号并测量信号质量。为了示出发送波束成形的益处，然后在相同的信道中传输数据分组，但是使用发送波束成形来发送该时间。然后比较两种方案的性能。这些阶段如下图所示。
波形配置
在本示例中，使用4x2 MIMO配置和2个空时流。
numtxants = 4;%发送天线数NumSTS=2；%时空流的数量numnrxants = 2;%接收天线数
使用VHT格式配置对象描述VHT波形的格式特定配置。在此示例中，波形配置有20MHz的带宽和上面指定的MIMO配置。
cfgvht = wlanvhtconfig;cfgvht.channelbandwidth =“CBW20”; cfgVHT.APEPLength=4000；cfgVHT.NumTransmitAntennas=NumTxAnts；cfgVHT.NumSpaceTimeStreams=NumSTS；cfgVHT.MCS=4；％16-QAM，率3/4
通道配置
在本例中，TGac信道模型与延迟配置文件模型b一起使用。信道实现由种子控制，以允许可重复性。
TGACCHANNEL = WLANTGACCHANNEL;tgacchannel.delayprofile =“b型”；tgacChannel。ChannelBandwidth = cfgVHT.ChannelBandwidth;tgacChannel。S.ampleRate = wlanSampleRate(cfgVHT); tgacChannel.NumReceiveAntennas = NumRxAnts; tgacChannel.NumTransmitAntennas = NumTxAnts; tgacChannel.TransmitReceiveDistance = 100;%米tgacChannel.RandomStream=“与种子mt19937ar”tgacChannel.Seed=70；％种子允许重复性
具有电源的通道输出的时域波形中添加到时域波形中，噪声功率．
noisePower = -37;%瓦分贝
为模拟设置其他对象和变量。
提取字段的％索引ind=WLANFIELDICES（cfgVHT）；% AWGN信道以指定的噪声功率添加噪声。随机过程控制噪声产生的种子，以允许重复性。Awgnchannel = comm.awgnchannel;awgnchannel.randomstream =.“与种子mt19937ar”; awgnChannel.Seed=5；awgnChannel.NoiseMethod=“差异”；Awgnchannel.variance = 10 ^（Noispower / 10）;%计算OFDM解调后的期望噪声方差noiseVar = vhtBeamformingNoiseVariance (noisePower cfgVHT);%空间流的数量nss = numsts /（cfgvht.stbc + 1）;%获取VHT字段中被占用的子载波数ofdmInfo=wlanVHTOFDMInfo('vht-data', cfgVHT);望远镜= ofdmInfo.NumTones;％生成一个随机PSDU，它将被传输rng (0);%为重复性设置随机状态psdu = randi（[0 1]，cfgvht.psdulength * 8,1）;
具有空间扩展的传输
首先，使用空间扩展进行传输。这种类型的传输可以由多天线发射机发送到不能够成为波束形成对象的接收机SpatialMapping格式配置对象的属性允许选择不同的空间映射方案。在此示例中，[3.11.1.2节中提供的示例空间扩展矩阵3.] 用来。因此A.“自定义”已配置空间映射。通过指定空间映射矩阵格式配置对象的。这个矩阵描述了每个空时流的每个子载波到所有发射天线的映射。因此所使用的空间映射矩阵的大小为Nst-by-Nsts-by-Nt．望远镜为占用子载波数，Nsts是时空流的数量，并且Nt为发射天线数。空间映射矩阵复制一些时空流以形成所需的传输流数量。
％配置空间扩展传输vhtSE=cfgVHT；vhtSE.SpatialMapping=“自定义”；%使用自定义空间扩展矩阵vhtSE。S.patialMappingMatrix = helperSpatialExpansionMatrix(vhtSE);％生成波形tx = wlanwaveformgenerator（psdu，vhtse）;％通过衰落通道传递波形并添加噪声。尾随零添加％以允许信道滤波器延迟。Rx = TGACCHANNEL（[TX;零（15，NUMTX）]）;%允许随后使用相同的通道实现重置(tgacChannel);rx = awgnchannel（rx）;%允许以后使用相同的噪声实现重置(awgnChannel);%估计符号定时有钱人= wlanSymbolTimingEstimate (rx (ind.LSTF (1): ind.LSIG (2):), vhtSE.ChannelBandwidth);%信道估计vhtltf=rx（tOff+（ind.vhtltf（1）：ind.vhtltf（2）），：）；VHTLTFDEMOT=WLANVHTLTFDEMOTE（vhtltf，vhtSE）；信道估计（VHTLTFDEMOT，vhtSE）；
接收的数据字段被解调并均衡以恢复每个空间流的OFDM符号。
%解调和均衡数据vhtdata = rx(设备+ (ind.VHTData (1): ind.VHTData (2)),:);[~, ~, symSE] = wlanVHTDataRecover (vhtdata、chanEstSE noiseVar, vhtSE,......“PilotPhaseTracking”那“没有”）;
每个空间流的星座如下图所示。
refSym = wlanReferenceSymbols (cfgVHT);％参考星座seConst = vhtBeamformingPlotConstellation (symSE refSym,......“空间扩展、传播、均衡符号”）;
每个空间流的星座方差大致相同，信噪比大致相同。这是因为信道中每个时空流的平均功率大致相同:
disp (“空间扩展时每个时空流的平均接收信道功率”）对于i=1:NumSTS fprintf(时空流%d: %2.2f W\n'，一世，......求和（平均数（chanEstSE（：，i，：）.*conj（chanEstSE（：，i，：）），1），3））终止
平均每个时空流具有空间扩展的通道功率：时空流1：0.73 W时空流2：0.50 W
用波束形成传输
当接收器能够成为波束形成者时，波束形成传输可以产生比空间扩展更高的信噪比。我们现在将展示具有信道状态信息的优势，以创建和使用指导矩阵。要计算波束形成指导矩阵，NDP通过信道。“直接”空间映射用于NDP传输，并且空时流的数量被配置为匹配发射天线的数量。这允许VHT-LTF用于每个发射天线和接收天线之间的声道。然后使用计算出的波束形成矩阵来波束形成通过信道的传输。测深和数据传输使用相同的信道实现，波束形成仪和波束形成仪之间没有反馈压缩，因此在本例中可以认为波束形成是完美的。
%配置发声报文vhtSound = cfgVHT;vhtSound。APEPLength = 0;% NDP所以没有数据vhtSound。NumSpaceTimeStreams = NumTxAnts;vhtSound。S.patialMapping =“直接”；%每个TxAnt携带一个STS%产生测深波形soundingPSDU = [];tx = wlanWaveformGenerator (soundingPSDU vhtSound);将探测波形通过通道并添加噪声。尾随零添加％以允许信道滤波器延迟。Rx = TGACCHANNEL（[TX;零（15，NUMTX）]）;%允许随后使用相同的通道实现重置(tgacChannel);rx = awgnchannel（rx）;%允许以后使用相同的噪声实现重置(awgnChannel);%估计符号定时tOff=WLANSYMBOLTIMEINGESTIMATE（rx（ind.LSTF（1）：ind.LSIG（2），：），vhtSound.ChannelBandwidth）；
信道估计使用探测包来估计每个发射和接收天线之间的实际信道响应。
%信道估计vhtlltfind = wlanfieldindices（vhtsound，“VHT-LTF”）;vhtltf = rx(设备+ (vhtLLTFInd (1): vhtLLTFInd (2)),:);vhtltfDemod = wlanVHTLTFDemodulate (vhtltf vhtSound);chanEstSound = wlanVHTLTFChannelEstimate (vhtltfDemod vhtSound);
信道估计使用wlanvhtltfchannelestimate包括在发射器到每个时空流的循环移位。为了计算波束成形转向矩阵，从信道估计中移除在发射机处施加的循环移位。
%从信道估计中去除循环移位的影响chanEstSound = vhtBeamformingRemoveCSD (chanEstSound,......vhtSound.ChannelBandwidth，vhtSound.NumSpaceTimeStreams）；
在此示例中，使用奇异值分解（SVD）计算波束形成控制矩阵[3.].信道矩阵的奇异值分解产生两个酉矩阵，你和V.，以及一个奇异值对角矩阵S.．第一个NumSTS列的V.每个子载波用作波束形成转向矩阵。使用该功能计算SVDSVD.．
chanEstPerm = permute(chanEstSound，[3 2 1]);%置换为n -by nt -by nstv =零（nst，numtxants，numrxants）;对于i = 1:望远镜(U, V(我::)]=圣言(chanEstPerm(:,:我),“经济学”）;终止steeringmatrix = v（：，：，1：numsts）;% Nst-by-Nt-by-Nsts
上面计算的波束形成转向矩阵作为一个定制的空间映射矩阵，并用于通过相同的通道发送数据。
％配置具有波束成形的传输vhtBF=cfgVHT；甚高频空间映射=“自定义”；将转向矩阵转换为Nst-by-Nsts-by-NtvhtBF。S.patialMappingMatrix = permute(steeringMatrix,[1 3 2]);%生成波束形成的数据传输tx = wlanWaveformGenerator (psdu vhtBF);%穿过通道并添加噪音。尾随零添加％以允许信道滤波器延迟。Rx = TGACCHANNEL（[TX;零（15，NUMTX）]）;rx = awgnchannel（rx）;%估计符号定时有钱人= wlanSymbolTimingEstimate (rx (ind.LSTF (1): ind.LSIG (2):), vhtBF.ChannelBandwidth);%信道估计vhtltf=rx（tOff+（ind.vhtltf（1）：ind.vhtltf（2）），：；VHTLTFDEMOT=WLANVHTLTFDEMOTE（vhtltf，vhtBF）；chanEstBF=WLANVHTLTF信道估计（VHTLTFDEMOT，vhtBF）；
接收的数据字段被解调并均衡以恢复每个空间流的OFDM符号。
%解调和均衡数据vhtdata = rx(设备+ (ind.VHTData (1): ind.VHTData (2)),:);[~, ~, symBF] = wlanVHTDataRecover (vhtdata、chanEstBF noiseVar, vhtBF,......“PilotPhaseTracking”那“没有”）;
下面绘制了每个空间流的均衡星座图。注意，高阶空间流具有较大的方差。这是由于SVD波束形成中使用的信道的有序奇异值造成的。
bfConst = vhtBeamformingPlotConstellation (symBF refSym,......“波束形成传输均衡符号”）;
该订单也在接收的时空流的平均功率下可见。所接收的第一时空流的功率大于第二时空流。这是因为接收的信号强度是SVD顺序以减少的顺序的奇异值的函数。
disp ('具有SVD发射波束形成的每个空时流的平均接收信道功率：'）对于i=1:NumSTS fprintf(时空流%d: %2.2f W\n'，一世，......总和(意思是(chanEstBF(:,:)。*连词(chanEstBF(:,我,:)),1),3))终止
使用SVD发送波束形成的每个空时流平均接收信道功率:空时流1:2.08 W空时流2:0.45 W
比较与结论
下图绘制了来自所有空间流的空间膨胀和波束成形传输的均衡星座。注意使用基于SVD的发射波束成形的改进的星座。
str=sprintf('％dx％d'，numtxants，numnrxants）;compconst = vhtbeamformingplotconstellation（[symse（:) symbf（:)]，refsym，......“波束形成传输均衡符号”那......{[str.“空间扩张”]，[str传输波束形成的]});
这种改善也可以通过RMS和最大误差向量幅度（EVM）来衡量。EVM是对解调信号质量的衡量。
维生素与= comm.EVM;维生素。AveragingDimensions = [1 2];%所有子载波和符号的平均值维生素。MaximumEVMOutputPort = true;维生素。ReferenceSignalSource =“根据参考星座估算”；EVM.referencecontellation=refSym；[rmsEVMSE，maxEVMSE]=EVM（symSE）；% EVM使用空间扩展挣值管理(rmsEVMBF maxEVMBF] =都(symBF);%使用波束形成的EVM对于i = 1:Nss fprintf(['空间流%d EVM:\n'......'空间扩展:%2.1f%% RMS， %2.1f%% max\n'......'发送波束成形：％2.1f %% rms，％2.1f %% max \ n']，......i，rmsevmse（i），maxevmse（i），rmsevmbf（i），maxevmbf（i））;终止
空间流2 EVM:空间扩展:9.2% RMS, 44.8% max Transmit波束形成:2.0% RMS, 8.6% max空间流2 EVM:空间扩展:9.2% RMS, 52.3% max Transmit波束形成:4.1% RMS, 12.7% max
该示例表明，如果接收机能够成为波束形成者，则与空间扩展传输相比，在对传输进行波束形成时，SNR可能会得到改善。使用波束形成时接收功率的增加可能导致更可靠的解调，甚至可能导致更高阶的调制和编码方案我将被用于传输。
在现实的操作模拟中，由于信道状态信息计算和由波束形成器的反馈和反馈量化反馈，波束成形的性能将降低。有关更多信息，请参阅[2］.
附录
本例使用这些辅助函数。
精选书目
IEEE STD 802.11AC™-2013信息技术的IEEE标准 - 系统之间的电信和信息交流 - 本地和大都市区域网络 - 特定要求 - 第11部分：无线LAN介质访问控制（MAC）和物理层（PHY）规格 - 修正4：在6 GHz低于6 GHz的频段中操作的高吞吐量的增强功能。
佩拉希娅，伊尔达德和罗伯特·斯泰西。下一代无线局域网:802.11n和802.11ac。剑桥大学出版社，2013。
IEEE标准802.11™-2012 IEEE信息技术标准-系统间电信和信息交换-局域网和城域网-特定要求-第11部分：无线LAN介质访问控制（MAC）和物理层（PHY）规范。
你也可以从以下列表中选择一个网站:
