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器测量:

  • 调制精度

  • 光谱排放掩模

  • 光谱平直度

  • 同期和正交(IQ)增益和相位不平衡

介绍

本规范第21.3.17节规定了给定配置的发射机调制精度、所需频谱屏蔽和所需频谱平坦度[1]。此示例显示如何对波形执行这些测量。此示例还对IQ增益和相位不平衡进行建模、测量和校正。使用WLAN工具箱生成波形™ 或者将捕获的波形与频谱分析仪一起使用。

该示例生成20个上采样VHT分组,其信道带宽为80 MHz,分组之间的间隔为10微秒。每个数据包包含随机数据并使用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光谱再生。在高功率放大器建模后,对上采样波形执行光谱发射掩模测量。根据估计的IQ增益和相位不平衡,对波形进行下采样和校正。测量VHT数据场的误差矢量幅度(EVM),以确定调制精度。此外,测量光谱平坦度。此图显示了示例中包含的工作流。

802.11ac VHT数据包配置

这个例子产生一个IEEE 802.11交流波形由多个VHT格式数据包组成。使用VHT格式配置对象,wlanVHTConfig,配置VHT报文的传输属性。这个例子配置了80mhz带宽的VHT波形。由于本例没有使用空时分组编码,因此可以测量每个空间流的调制精度。

cfgVHT = wlanVHTConfig;%创建报文配置信道带宽='CBW80'%80兆赫cfgvht.numtransmitantennas = 1;%一个发射天线cfgvht.numspacetimestreams = 1;%一个时空流cfgvht.stbc = false;%没有STBC所以一个空间流cfgVHT。MCS = 8;%调制:256 - qamcfgVHT.APEPLength=3000;%A-MPDU长度预换页垫以字节为单位

波形产生

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、数据包数和每个数据包之间的空闲时间。

osf=3;%3倍过采样因子numPackets=20;%生成20个数据包idleTime = 10 e-6;%数据包之间10微秒的空闲时间

为所有数据包创建随机位,数据,并作为一个争论wlanWaveformGenerator以及VHT数据包配置对象cfgVHT. 这将波形发生器配置为合成802.11ac VHT波形。此外,通过使用名称-值对来配置波形发生器,以在每个数据包之间产生具有指定空闲时间的多个过采样数据包。

%创建随机数据;pModule长度以字节为单位savedState = rng (0);%设置随机状态数据= randi([0 1],cfgVHT.PSDULength*8*numPackets,1);%生成多数据包波形txWaveform = wlanWaveformGenerator(数据、cfgVHT...“过度采样物料”,OSF,“NumPackets”,numPackets,“空闲时间”,空闲时间);FS = WLANSAMPLEDE(CFGVHT);波形基带采样率%

增加纯粹性

智商不平衡建模

当前端组件不考虑功率平衡或I和Q分支之间的正交性时,就会出现IQ不平衡。这个例子增加了IQ增益和相位不平衡的传输波形基于标志ModelIqimbalance..在接收器处,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].

modelIQImbalance = true;%设置为true以添加IQ增益和相位不平衡如果modeliq失衡iqGaindB = 1;% IQ增益不平衡在dB中,从范围[-1 1]指定iqPhaseDeg = 1;%IQ相位不平衡度,从范围[-2]指定iqgainlin = db2mag(iqgaindb);%将增益从dB转换为线性值txWaveform = real(txWaveform) + 1i*imag(txWaveform)*iqGainLin*exp(1j*iqPhaseDeg*pi/180); / /输出%在[5]的公式-1中规定结束

高功率放大器建模

高功率放大器以带内失真和频谱再生的形式引入非线性行为。本例使用802.11ac的Rapp模型模拟功率放大器[2],引入AM / AM失真。

模型放大器使用Comm.MemoryLessnoninearity.对象,并通过指定退避来配置减少的失真,hpaBackoff,这样放大器的工作低于饱和点。您可以增加回退,以降低EVM以获得更高的MCS值。

PsAturation = 25;%以dBm为单位的功率放大器饱和功率hpaBackoff = 13;DB中%功率放大器退避%创建并配置无记忆非线性以模拟放大器非线性= comm.MemorylessNonlinearity;非线性。方法=“拉普模式”非线性,平滑度=3;% p参数非线性。LinearGain = -hpaBackoff;非线性。OutputSaturationLevel = db2mag (pSaturation-30);%将模型应用于每个发射天线TxWaveForm =非线性(TxWaveForm);

热噪声

使用将热噪声添加到每个发射天线comm.ThermalNoise噪音值为6db的物体[3.].

thNoise = comm.ThermalNoise (“噪音法”'噪音'“SampleRate”fs * osf,“NoiseFigure”6);i = 1:cfgvht.numtransmitantennas txwaveform(:,i)= thnoise(txwaveform(:,i));结束

调制精度(EVM),光谱平坦度和IQ不平衡测量

将采样和过滤

将过采样波形向下采样至基带,用于物理层处理、EVM和光谱平坦度测量,在向下采样前应用低通抗混叠滤波器。在光谱平坦度测量中,低通滤波器的影响是可见的。设计了抗混叠滤波器,使所有有源子载波都在滤波器通带内。

设计重采样滤波器。

aStop=40;%阻带衰减ofdmInfo=wlanVHTOFDMInfo(“甚高频数据”, cfgVHT);% OFDM参数SCS=fs/ofdmInfo.fft长度;%副载波间距txbw = max (abs (ofdmInfo.ActiveFrequencyIndices)) * 2 * SCS;%占用带宽[L,M]=大鼠(osf);maxLM=最大值([L M]);R=(fs-txbw)/fs;TW=2*R/maxLM;%过渡宽度B = DesignMultirateFIR(L,M,TW,ASTOP);

将波形重新采样到基带。

firinterp = dsp.FIRRateConverter (M, L, b);rxWaveform = firinterp (txWaveform);

接收器处理

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

  • 检测数据包的开始

  • 提取非HT字段

  • 估计并修正粗载波频偏(CFO)

  • 通过使用频率校正的非ht字段执行精细的符号时间估计

  • 使用精细符号定时偏移从波形中提取数据包

  • 使用粗略的CFO估计值更正提取的数据包

  • 提取L-LTF,然后估计精细的CFO并对整个数据包进行校正

  • 提取VHT-LTF并对每个发射流进行信道估计

  • 从信道估计测量IQ不平衡,并对信道估计进行校正

  • 利用信道估计来测量光谱平坦度

  • 提取并解调VHT数据字段

  • 通过使用解调的数据场导频和导频子载波处的单流信道估计来执行噪声估计

  • 利用信道和噪声估计对VHT数据场进行相位校正和均衡

  • 使用IQ不平衡估计值校正均衡数据子载波

  • 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

该图显示了处理链:

VHT-LTF符号包括允许相位跟踪的导频符号,但该示例不执行相位跟踪。

测试每个包的谱平坦度,方法是测量信道估计中单个子载波的幅度与平均值的偏差[1].使用helper函数为每个数据包绘制这些偏差VHTTX光谱平坦度测量.绘制每个数据承载子载波和每个包的均衡符号的平均EVM。

解调,均衡,解码VHT数据符号使用wlanVHTDataRecover函数。参数化此函数以按照标准要求执行导频相位跟踪和迫零均衡。此示例测量均衡符号的调制精度。

此示例使用以下两个实例进行两个不同的EVM测量:comm.EVM

  • RMS EVM每分组,其包括在子载波上平均EVM,OFDM符号和空间流。

  • 每个空间流的每个子载波为数据包的RMS EVM。由于此配置将空间流直接映射到天线,因此该测量可以帮助检测频率依赖性损伤,这可能会影响各个RF链。此测量仅在OFDM符号上平均EVM。

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

此代码配置对象和变量进行处理。

%获取用于访问时域数据包中的每个字段的索引印第安纳州= wlanFieldIndices (cfgVHT);rxWaveformLength =大小(rxWaveform, 1);pktLength =双(ind.VHTData (2));%定义我们可以检测到的最小数据长度;L-STF的长度%样品minPktLen =双(ind.LSTF (2) -ind.LSTF (1) + 1;%设置测量图[据hSF, hCon, hEVM] = vhtTxSetupPlots (cfgVHT);rmsEVM = 0 (numPackets, 1);pktOffsetStore = 0 (numPackets, 1);rng (savedState);恢复随机状态

在接收到的波形内检测和处理数据包,rxWaveform通过使用循环执行这些步骤。

  • 通过索引到数据包来检测数据包rxWaveform有了样本偏移量,搜索偏移量

  • 检测和处理内部的第一个数据包rxWaveform

  • 通过增加样本索引偏移量来检测和处理下一个数据包,搜索偏移量

  • 重复,直到没有检测到其他数据包

pktnum = 0;searchOffset = 0;%在第一个样本开始(没有偏移量)尽管(searchOffset + minPktLen) < = rxWaveformLength%数据包检测pktOffset=wlanPacketDetect(rx波形,cfgVHT.ChannelBandwidth);%从波形开始的数据包偏移量pktOffset = searchOffset + pktOffset;%如果未检测到数据包或偏移量超出波形范围,则停止如果is空(pktOffset) || (pktOffset<0) ||...((pktoffset + Ind.lsig(2))> rxwaveFormLength)休息结束%提取非ht字段并进行粗频偏移校正%允许可靠的符号定时nonht = rxwaveform(pktoffset +(ind.lstf(1):Ind.lsig(2)),:);coarsefreqoff = wlancoarsecfoeStimate(nonht,cfgvht.channelbandwidth);nonht = helperfrequencyOffset(非HU,FS,-CoarseFreqoff);%确定L-LTF预期启动和实际启动之间的偏移量%的L-LTFlltfOffset=wlanSymbolTimingEstimate(非HT,cfgVHT.信道带宽);%确定数据包偏移量pktOffset = pktOffset + lltfOffset;%如果偏移量没有波形边界,跳过采样并继续%在剩余波形内搜索如果(pktOffset<0) || ((pktOffset+pktLength)>rxWaveformLength) searchOffset = pktOffset+double(ind.LSTF(2))+1;持续结束%定时同步完成;提取检测到的数据包rxpacket = rxwaveform(pktoffset +(1:pktlength),:);pktnum = pktnum + 1;DISP([“包”num2str(pktnum)'在索引:'num2str(pktoffset + 1)]);%对提取的数据包应用粗频率校正rxPacket = helperFrequencyOffset (fs, rxPacket -coarsefreqOff);%对提取的数据包进行精细的频率偏移校正lltf=rxPacket(ind.lltf(1):ind.lltf(2),:);%提取L-LTFFINEFREKOFF=WLANFINECFOFESTIMATE(lltf,cfgVHT.ChannelBandwidth);rxPacket=helperFrequencyOffset(rxPacket,fs,-FINEFREKOFF);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);获得单流信道估计chanEstSSPilots=vhtSingleStreamChannelEstimate(VHTLTFDEM,cfgVHT);%信道估计chanEst=wlanVHTLTFChannelEstimate(VHTLTFDEMO,cfgVHT);%执行IQ增益和相位不平衡估计(增益、相位、α,β,γ,dataRot] =...Helperiqimbalance(Chanest,CFGVHT);fprintf(测量的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.*伽马);%如[5]中等式-29所述%光谱平坦度测量VHTTXSpectralflatnessmeasurement(Chanest,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数据场中的噪声功率noiseVarVHT = vhtNoiseEstimate (vhtdata chanEstSSPilots cfgVHT);%提取VHT数据样本并执行OFDM解调,均衡%相位跟踪[~, ~, eqSym] = wlanVHTDataRecover (vhtdata,成龙、noiseVarVHT cfgVHT,...“EqualizationMethod”“ZF”'先行者屏蔽'“PreEQ”);%使用迫零算法进行均衡%对VHT数据执行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));%如[5]中等式-30所述在数据包的所有空间流中计算RMS EVMrmsEVM(pktNum)=EVMPerPkt(eqSym);fprintf('RMS EVM:%2.2f%%,%2.2fdB\n'rmsEVM (pktNum), 20 * log10 (rmsEVM (pktNum) / 100));%计算RMS EVM每个子载波和数据包的空间流evmPerSC = evmPerSC (eqSym);% Nst-by-1-by-Nss%绘制每个子载波和均衡星座的RMS EVMVHTTXEVM星座图(等式SYM、evmPerSC、cfgVHT、pktNum、hCon、hEVM);%存储波形内每个分组的偏移量pktOffsetStore (pktNum) = pktOffset;%增加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 deg
光谱平坦度
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的轴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 deg

图中包含一个轴对象。标题为“光谱平坦度,数据包:1”的轴对象包含3个line类型的对象。这些对象表示天线1,偏差限制。

光谱平坦度
RMS EVM:3.07%,-30.24dB
第3包索引:19545
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98 deg
光谱平坦度
均方根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 deg
光谱平坦度
均方根EVM:3.04%,-30.33分贝
数据包5在索引:39065
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98 deg
光谱平坦度
RMS EVM: 2.99%, -30.50dB
索引处的数据包6:48825
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98 deg
光谱平坦度
均方根EVM:2.67%,-31.49dB
索引处的数据包7:58585
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98 deg
光谱平坦度
均方根EVM:2.93%,-30.65dB
第8包,索引:68345
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98 deg
光谱平坦度
RMS EVM:2.81%,-31.03dB
第9包,索引:78105
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98 deg
光谱平坦度
均方根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 deg
光谱平坦度
RMS EVM:2.73%,-31.28dB
索引处的数据包11:97625
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98 deg
光谱平坦度
RMS EVM: 2.90%, -30.76dB
数据包12在索引:107385
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98 deg
光谱平坦度
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 deg
光谱平坦度
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 deg
光谱平坦度
均方根EVM:2.91%,-30.73dB
第15卷索引:136665
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98 deg
光谱平坦度
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 deg
光谱平坦度
均方根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 deg
光谱平坦度
RMS EVM: 2.99%, -30.49dB
索引中的数据包18:165945
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98 deg
光谱平坦度
RMS EVM: 3.20%, -29.90dB
第19包,索引:175705
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98 deg
光谱平坦度
均方根EVM:3.24%,-29.79dB
第20卷索引:185465
测量IQ增益和相位不平衡:0.98 dB, 0.98 deg

图中包含一个轴对象。标题为光谱平面度,包:20的轴对象包含3个类型线对象。这些对象代表天线1,偏差极限。

光谱平坦度
均方根EVM:3.20%,-29.91dB

图中包含一个轴对象。标题为RMS EVM、数据包:20、空间流:1的axes对象包含一个line类型的对象。

如果pktNum>0 fprintf('用于%d个数据包的平均EVM:%2.2f%%,%2.2fdB\n'...PKTNUM,平均值(RMSEVM(1:PKTNUM)),20 * LOG10(平均值(RMSEVM(1:PKTNUM))/ 100));别的disp (“未检测到完整的数据包”);结束
20个包的平均EVM: 2.96%, -30.56dB

发射光谱发射掩模测量

本节测量大功率放大器建模后滤波和受损波形的光谱掩模。

发射机频谱掩模测试[4]使用VHT数据场的时间门控光谱测量。该示例从过采样波形中提取每个数据包的VHT数据场,txWaveform,通过使用波形内的每个分组的起始索引。在用于确定数据包指标的基带处理链中引入的任何延迟都必须在将VHT数据字段内置于网上时来计算txWaveform.连接提取的VHT数据字段以准备测量。

%索引用于访问时域数据包中的每个字段印第安纳州= wlanFieldIndices (cfgVHT,“过度采样物料”,OSF);startidx = Ind.Vhtdata(1);%数据的开始endIdx=ind.VHTData(2);%数据结束idleNSamps = idleTime * fs * osf;%空闲时间样本PERPKTLENGHT=endIdx+idleNSamps;idx=0(endIdx startIdx+1,numPackets);i = 1:numpacketsTXWAVEFORM中数据包的%开始,占滤波器延迟pktOffset =(张)* perPktLength;TxWaveForm中的非HT数据的%指标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光谱掩模。辅助函数helperSpectralMaskTest生成将所需遮罩与测量PSD重叠的绘图。

如果pktNum>0 helperSpectralMaskTest(gatedVHTData、fs、osf);结束
光谱掩模通过了

图频谱分析仪,发射天线1包含轴对象和uiflowcontainer、uimenu、uitoolbar类型的其他对象。轴对象包含2个面片、线类型的对象。这些对象表示下遮罩、上遮罩、发射天线1。

结论与进一步探讨

该示例绘制了四个结果:频谱平坦度、每个子载波的RMS EVM、均衡星座和频谱掩码。

高功率放大器模型引入了显著的带内失真和光谱再生,这在EVM结果中可见,频谱掩模图中有噪声星座和带外发射。尝试增加高功率放大器后退,注意改进的EVM,星座和更低的带外辐射。

尝试使用不同的值来表示iqGaindBiqphasedeg.注意对EVM和星座的影响。

相关示例:

选定的书目

  1. IEEE STD 802.11™-2016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。

  2. Loc和Cheong.IEEE P802.11无线局域网.TGac功能要求和评估方法修订版16.2011-01-19。

  3. Perahia, E.和R. Stacey。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。

  4. Archambault, Jerry和Shravan Surineni。IEEE 802.11使用矢量信号分析仪进行光谱测量。RF Design 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信号处理和通信国际会议(SPCOM),班加罗尔。