主要内容

802.11ac接收机最小输入灵敏度测试

本示例显示了如何测量IEEE®802.11ac第22.3.19.1节中规定的接收器最小输入灵敏度™ 标准[1.].

介绍

接收机最小灵敏度测试确保被测设备(DUT)在确定的最小信号功率下以10%的定义最大包错误率(PER)接收数据。最小信号功率与IEEE 802.11ac标准的表22-25所规定的信道带宽和调制编码方案(MCS)有关[1.]:

当使用硬件进行测试时,DUT上的每个输入天线端口通过一根电缆连接到发射机的单个输出天线端口。要执行测试,请为测试波形指定以下参数:

  • 空间流的数量-等于发射天线的数量

  • PSDU长度,以字节为单位-4096

  • 空时分组编码(STBC)-禁用

  • 保护间隔,单位是纳秒- 800

  • 信道编码—二进制卷积编码(BCC)

此示例演示如何使用WLAN工具箱模拟测试™. VHT数据包在低于最低灵敏度水平的输入水平范围内刺激接收器。该示例然后测量每个灵敏度水平的数据包错误率。

该示例通过在一系列灵敏度水平上执行以下步骤来模拟测试:

  • 生成数据包并将其缩放到所需的信号电平

  • “添加高斯白噪声”是指在接收器处创建噪声地板

  • 解调噪声包以恢复psdu。

  • 将恢复的PSDU与传输的PSDU进行比较,以确定数据包错误的数量,从而确定数据包错误率。

该接收机实现了自动增益控制(AGC)、包检测、定时同步、载波频偏校正、噪声估计和相位跟踪等功能。下图演示了对每个数据包的处理:

测试参数

使用VHT配置对象为测试配置传输。此示例测量160 MHz传输的最低灵敏度,采用64-QAM速率5/6调制和编码。模拟DUT有2个接收天线。通过更改这些参数测试不同的配置。

cfgVHT=wlanVHTConfig;%创建VHT传输配置信道带宽=“CBW160”%的带宽cfgVHT.MCS=7;% 64-QAM,速率5/6numreceiveantens=2;%接收天线的数量

测试需要这些固定的传输参数。

cfgVHT.APEPLength=4096;%字节cfgVHT.STBC=false;cfgVHT.NumTransmitAntennas=NumReceiveAntennas;cfgVHT.NumSpaceTimeStreams=NumReceiveAntennas;cfgVHT.SpatialMapping=“直接”;cfgVHT。GuardInterval =“长”

模拟参数

接收器在低于最小输入灵敏度级的输入电平范围内处理VHT包。在向量中指定要测试的偏移量范围testInputLevelOffsets

testinputleveloffset = [-10 -9 -8 -7];%分贝

通过指定以下参数,控制在每个灵敏度下测试的数据包数量:

  1. maxNumErrors是在每个输入级别模拟的最大数据包错误数。当数据包错误数达到此限制时,此灵敏度级别的模拟完成。

  2. maxNumPackets是在每个输入级别模拟的最大数据包数,如果未达到数据包错误限制,则限制模拟的长度。

本例中选择的数字会导致非常短的模拟。增加maxNumErrorsmaxNumPackets有意义的结果。

最大数值误差=20;maxNumPackets=200;

信号电源设置

最小灵敏度测试指定每个接收天线的测量输入电平的最大PER。在此模拟中,接收器处理具有指定输入电平(dBm)的测试信号。使用瓦兰波发生器函数。的瓦兰波发生器函数对波形进行规格化,使所有天线的功率总和为0 dBm。因此,调整波形发生器的输出以创建所需的输入电平。

%20 MHz的接收机最低输入电平灵敏度,表22-25%灵敏度增加3dB,带宽增加一倍。rxMinSensitivityTable = [-82 -79 -77 -74 -70 -66 -65 -64 -59 -57];%数据库管理%获得给定MCS和带宽的最小输入灵敏度fs=wlanSampleRate(cfgVHT);基带采样率(Hz)B=楼层(10*log10((fs/20e6));%带宽标量rxMinSensitivity = rxMinSensitivityTable (cfgVHT.MCS + 1) + B;%数据库管理disp ([MCS的最小灵敏度num2str(cfgVHT.MCS)', '...num2str(fs/1e6)'兆赫:'num2str(RxM不敏感,“%2.1f”)dBm的])
MCS7的最小灵敏度,160 MHz:-55.0 dBm

定义低于要使用的最低级别的输入级别范围睾丸输入水平

testInputLevels=rxMinSensitivity+TestInputLevelOffset;%数据库管理

计算一个电压标量,A.,以按比例为每个测试水平生成波形。在仿真过程中测量每个接收天线端口的功率,以确认输入信号电平是否正确。

A=10^((测试输入水平-30)/20);电压增益(衰减)A=A*sqrt(cfgVHT.numtransmittenenas);%发电机缩放的原因

噪声配置

在接收端增加热噪声。噪声底的高度决定了接收机的信噪比,因为输入信号电平是固定的。接收机的噪声系数决定了噪声地板的等级。

NF=6;%噪声系数(dB)T=290;%环境温度(K)BW=fs;%带宽(Hz)k=1.3806e-23;波尔兹曼常数(J/K)noiseFloor = 10 * log10 (k * T * BW) + NF;%分贝disp (['接收器噪声地板:'num2str (noiseFloor + 30,“%2.1f”)dBm的])
接收机噪声地板:-85.9 dBm

使用AWGN通道给波形添加噪声,通信信道

awgnChannel=comm.awgnChannel(“噪音法”,“方差”,...“方差”10 ^ (noiseFloor / 10));

输入电平灵敏度模拟

通过模拟多个数据包,计算每个输入级别的数据包错误率。

对于每个数据包,执行以下处理步骤:

  1. 创建并编码PSDU以创建单个数据包波形。

  2. 通过缩放波形,在dBm中创建所需的输入电平。

  3. 测量接收到的波形的功率。

  4. 将AWGN添加到接收到的波形中。

  5. 通过自动增益控制,在处理前提升信号。

  6. 检测数据包。

  7. 估计并校正粗略载波频率偏移。

  8. 建立精细的时间同步。

  9. 估计并校正精细载波频率偏移。

  10. 提取和OFDM解调VHT-LTF并执行信道估计。

  11. 提取VHT数据字段并恢复PSDU。

印第安纳州= wlanFieldIndices (cfgVHT);%用于访问数据包中的字段chanBW = cfgVHT.ChannelBandwidth;rng (0);%为重复性设置随机状态agc=通信agc;%自动增益控制S=numel(测试输入级别);packetErrorRate=0(S,1);rxAntennaPower=0(S,1);i=1:S disp([“模拟”num2str(测试输入水平(i),“%2.1f”)...“dBm输入级别…”]);%循环以模拟多个数据包numPacketErrors = 0;measuredPower = 0 (maxNumPackets, 1);%每个天线的平均功率numPkt = 1;%传输包的索引虽然numPacketErrors<=maxnumerors&&numPkt<=maxNumPackets%生成报文波形txPSDU=randi([0 1],cfgVHT.PSDULength*8,1);% PSDULength(字节)tx = wlanWaveformGenerator (txPSDU cfgVHT);%将输入信号标度至所需电平rx = tx。*(我);%测量天线接头处的平均功率,单位为瓦特测量功率(numPkt)=平均值(平均值(rx.*conj(rx));%在接收器处增加噪声地板rx=AWGN信道(rx);每个通道通过AGCrx = 1:size(rx,2) rx(:, IC) = agc(rx(:, IC));重置(agc);结束%分组检测和确定粗分组偏移量粗糙度PKTOFFSET=WLANPACKETDERTECT(rx,chanBW);如果isempty (coarsePktOffset)%如果为空,则未检测到L-STF;数据包错误numPacketErrors=numPacketErrors+1;numPkt=numPkt+1;持续%转到下一个循环迭代结束%提取L-STF并执行粗略频率偏移校正lstf=rx(粗pktoffset+(ind.lstf(1):ind.lstf(2)),:;粗略频率=WLANCARSECOFESTIMATE(lstf,chanBW);rx=助手频率偏移(rx,fs,-频率关闭);%提取非HT字段并确定精细数据包偏移非htfields=rx(粗pktofset+(ind.LSTF(1):ind.LSIG(2)),:;精细pktofset=wlanSymbolTimingEstimate(非htfields,chanBW);%确定最终数据包偏移量pktOffset = coarsePktOffset + finePktOffset;%如果检测到数据包超出合理范围(>50个样本);%数据包错误如果pktOffset>50 numPacketErrors=numPacketErrors+1;numPkt=numPkt+1;持续%转到下一个循环迭代结束%提取L-LTF并执行精细频率偏移校正lltf = rx (pktOffset + (ind.LLTF (1): ind.LLTF (2)),:);fineFreqOff = wlanFineCFOEstimate (lltf chanBW);rx = helperFrequencyOffset (rx, fs -fineFreqOff);%从波形中提取VHT-LTF样本,解调并执行%信道估计vhtltf=rx(pktOffset+(ind.vhtltf(1):ind.vhtltf(2)),:;VHTLTFDEMOT=WLANVHTLTFDEMOTE(vhtltf,cfgVHT);chanEst=wlanVHTLTFChannelEstimate(VHTLTFDEMO,cfgVHT);获得单流信道估计chanEstSSPilots=vhtSingleStreamChannelEstimate(VHTLTFDEM,cfgVHT);%从波形中提取VHT数据样本vhtdata=rx(pktOffset+(ind.vhtdata(1):ind.vhtdata(2)),:;%估计VHT数据场中的噪声功率nEstVHT = vhtNoiseEstimate (vhtdata chanEstSSPilots cfgVHT);%恢复VHT数据中传输的PSDUrxPSDU=wlanVHTDataRecover(vhtdata、chanEst、nEstVHT、cfgVHT);%确定是否有任何位出错,即数据包错误packetError=any(biterr(txPSDU,rxPSDU));numPacketErrors=numPacketErrors+packetError;numPkt=numPkt+1;结束%计算输入电平点的数据包错误率(PER)包装错误率(i)=包装数量/(numPkt-1);disp([“完成后”...num2str(numPkt-1)'每个包:'...num2str(packetErrorRate(i))];%计算每个天线的平均输入功率rxAntennaPower (i) = 10 * log10(平均(measuredPower (1: (numPkt-1)))) + 30;disp (['测得的天线连接器电源:'...num2str(rxAntennaPower(i),“%2.1f”)dBm的]);结束
模拟-65.0 dBm输入电平…完成后21个数据包,PER: 1测量天线连接器功率:-65.0 dBm模拟-64.0 dBm输入电平…完成26包后,PER: 0.80769测量天线连接器功率:-64.0 dBm模拟-63.0 dBm输入电平…完成后130包,PER: 0.16154测量天线连接器功率:-63.0 dBm模拟-62.0 dBm输入电平…完成200包后,PER: 0.02测量天线连接器功率:-62.0 dBm

分析与进一步探索

以最大PER和最小灵敏度绘制测试输入信号电平的PER。

图semilogy (rxAntennaPower packetErrorRate,“啊——”)持有在…上符号学(RxM不敏感度,0.1,“处方”) currentxlim = xlim(gca);xlim ([currentxlim (1) currentxlim(2) + 1])网格在…上xlabel('每个天线连接器的测量功率(dBm)'); 伊拉贝尔(“PER”);传奇(“模拟/性能”,“最小灵敏度下的最大PER”);头衔(斯普林特)(['最小输入灵敏度测试:MCS%d,%d MHz,'...“%d个天线”],cfgVHT.MCS,fs/1e6,cfgVHT.Numtransmitatenenas)

从图中可以看出,模拟的10% PER仅比测试规定的最小灵敏度低8 dB。这种差异是由于测试允许的实现裕度造成的。与理想的AWGN性能相比,实现裕度考虑到由于损伤而导致的算法退化和接收机噪声系数[2.].在本例中,仅将AWGN添加为减值。因此,只有在AWGN存在的情况下,前端同步、信道估计和相位跟踪的算法性能才使用实现裕度。如果在模拟中包含更多的损伤,则图中的每个瀑布将向右移动至最小灵敏度,且裕度将减小。

在每个信噪比点测试的数据包数量由两个参数控制;maxNumErrorsmaxNumPackets.对于有意义的结果,应该使用比本例中更大的数字。

附录

此示例使用以下帮助器函数:

选定的参考书目

  1. IEEE标准802.11ac™-2013 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.修改件4:在低于6GHz频带内运行的超高吞吐量增强。

  2. 《下一代无线局域网:802.11n和802.11ac》。剑桥大学出版社,2013年。