802.11ac的发射机调制精度和频谱发射试验

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此示例演示如何在IEEE®802.11ac™波形上执行发射机调制精度、频谱发射掩模和平坦度测量。

介绍

对于给定的配置中，发射机调制精度，需要频谱屏蔽和所需的频谱平坦度在802.11ac标准的第18年3月22日[指定1]。这个例子显示了如何将这些测量可以在波形上进行。该波形与WLAN工具箱™生成，但使用频谱分析仪捕获的波形也可以使用。

生成由20个80每10个微秒的间隙分开兆赫VHT分组的波形。随机数据在每个分组使用并且被用于256QAM调制。基带波形进行上采样，并过滤，以减少带外发射，以满足频谱屏蔽要求。高功率放大器（HPA）模型被使用，其引入了带内失真和频谱再生。频谱发射掩模测量大功率放大器建模后的上采样后的波形执行的。波形被下采样和VHT数据字段的误差矢量幅度（EVM）被测量以确定调制精度。该频谱平坦度被附加地测量。的例子在下面的图中所示：

ieee802.11 ac VHT分组配置

在这个例子中，一个由多个VHT格式数据包组成的IEEE 802.11ac波形被生成。使用VHT格式配置对象描述了VHT波形的特定格式配置。对象是使用wlanVHTConfig函数。对象的属性包含配置。在本例中，对象被配置为80 MHz带宽。每个天线传输一个空间流，以允许测量每个空间流的调制精度，因此不使用空时块编码。

cfgVHT = wlanVHTConfig;%创建包配置cfgVHT.ChannelBandwidth =“CBW80”;% 80 MHzcfgVHT。NumTransmitAntennas = 1;%一根发射天线cfgVHT。NumSpaceTimeStreams = 1;％一空时流cfgVHT。摘要= false;没有STBC所以只有一个空间流cfgVHT。MCS = 8;％调制：256 QAMcfgVHT.APEPLength = 3000;以字节为单位％A-MPDU长度预EOF填充

基带波形发生器

波形发生器wlanWaveformGenerator可以配置为生成一个或多个包，并在每个包之间添加空闲时间。在本例中，将创建20个包，其中包含10微秒的空闲时间。

numPackets = 20;%生成20个数据包idleTime = 10 e-6;％10微秒包之间的空闲时间

所有数据包的随机位，数据创建并作为参数传递给wlanWaveformGenerator以及VHT包配置对象cfgVHT。这将配置波形发生器，以合成的802.11ac VHT波形。所述波形发生器是用名称 - 值对，以产生具有每一个数据包之间的指定的空闲时间的多个分组附加地被配置。

创建随机数据;PSDULength的单位是字节savedState = rng (0);%设置随机状态数据=兰迪（[0 1]，cfgVHT.PSDULength * 8 * numPackets，1）;％产生多波形包txWaveform = wlanWaveformGenerator(数据、cfgVHT...'NumPackets'，numPackets，“IdleTime”，空闲时间）;％获取波形采样率fs = wlanSampleRate (cfgVHT);disp ([“基带采样率：”num2str（FS / 1E6）“议员”]）;
基带采样率:80msps

过采样和过滤

在OFDM调制中，利用频谱滤波来降低由于隐含的矩形脉冲整形而产生的带外光谱发射，并利用高功率放大器模型来降低由于矩形脉冲整形而产生的频谱再生。为了模拟大功率放大器对波形的影响并观察带外光谱发射，必须对波形进行过采样。过采样需要一个插值滤波器来去除上采样引起的光谱图像。在这个例子中，用一个插值滤波器对波形进行过采样，它同时也充当了一个频谱滤波器。这使得波形可以满足光谱掩模的要求。对波形进行过采样和滤波dsp.FIRInterpolator。

对波形进行过采样OSF = 3;％采样因子filterLen = 120;％滤波器长度的β= 0.5;Kaiser窗口的设计参数％生成滤波器系数多项式系数= osf。* firnyquist (osf, filterLen kaiser (filterLen + 1,β));多项式系数=多项式系数(1:end-1);％删除尾随零interpolationFilter = dsp.FIRInterpolator（OSF，“分子”，coeffs）;txWaveform = interpolationFilter（txWaveform）;%绘制应用后滤波器的幅值和相位响应％采样H = fvtool（interpolationFilter）;h.Analysis =“频率”;％绘制幅度和相位响应h。FS = osf * FS;设定采样率h。NormalizedFrequency =“关”;针对％频率曲线响应

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特性。采用Rapp模型对802.11ac功率放大器进行仿真[2]。Rapp模型会导致AM/AM失真，并使用comm.MemorylessNonlinearity。高功率放大器在饱和点以下工作，以减少失真。回退由变量控制hpaBackoff。

hpaBackoff = 8;％ D b％创建和配置记忆非线性的放大器模型非线性= comm.MemorylessNonlinearity;非线性。方法=“拉普模式”;nonLinearity.Smoothness = 3;% p参数nonLinearity.LinearGain = -hpaBackoff;％的模型应用到每个发射天线为我= 1:cfgVHT。numtransmittx波形(:，i) =非线性(tx波形(:，i));结束

波形中加入了热噪声，噪声为6db [3.]。

NF = 6;噪音百分比(dB)BW = f * osf;％带宽（Hz）的K = 1.3806e-23;%玻尔兹曼常数(J/K)T = 290;环境温度(K)noisePower = 10 *日志10（K * T * BW）+ NF;awgnChannel = comm.AWGNChannel（'NoiseMethod','方差',...'方差'10 ^ (noisePower / 10));txWaveform = awgnChannel (txWaveform);

调制精度(EVM)和光谱平坦度测量

过采样的波形重新采样到基带用于物理层处理和EVM和频谱平坦度测量值。由于重采样的低通抗混叠滤波器的一部分的下采样之前被应用。低通滤波器的影响将在频谱平坦度测量可见。波形使用重采样到基带dsp.FIRDecimator与用于前面在实施例的过采样相同的系数。

％重新取样到基带decimationFilter = dsp.FIRDecimator (osf,“分子”，coeffs）;rxWaveform = decimationFilter（txWaveform）;

中每个数据包rxWaveform被检测到，同步和萃取。该EVM和频谱平坦度测量值对于每个分组做。下面的步骤对每个分组执行：

  • 检测到包的开始

  • 非HT字段提取和粗载波频率偏移（CFO）估计和校正执行

  • 频率校正的非ht字段用于估计良好的符号定时

  • 该分组从使用精细符号定时偏移的波形中提取

  • 所提取的分组与粗CFO估计校正

  • 的L-LTF被提取并用于估计细CFO。对于整个数据包被校正的偏移

  • 的VHT-LTF被提取并且对于每个发送流的情况下进行信道估计

  • 信道估计用于测量光谱的平坦度

  • 的VHT数据字段提取和OFDM解调

  • 利用解调的数据场导频和导频子载波的单流信道估计进行噪声估计

  • 的VHT数据字段相位校正和均衡使用信道和噪声估计

  • 对每个空间流中的每个数据携带子载波，寻找最接近的星座点，计算EVM

处理链中示出下面的图表所示：

注意，VHT-LTF符号包括用于相位跟踪的引导符号，但是在本例中没有这样做。

该频谱平坦度是通过在相对于平均值[信道估计测量各个子载波的幅度的偏差为每个分组测试1]。这些偏差绘制使用辅助函数的每个数据包vhtTxSpectralFlatnessMeasurement。每个数据携带子载波的平均EVM，以及每个包的均衡符号。

功能wlanVHTDataRecover用于对VHT数据符号进行解调、均衡和解码。在本例中，我们使用均衡符号来测量调制精度。这个函数被参数化，以执行标准要求的导频相位跟踪和强制零均衡。

在本例中，使用的两个实例进行了两个不同的EVM度量comm.EVM。第一测量是每个分组的RMS EVM。用于这种测量的EVM进行平均的子载波，OFDM符号和空间流。

EVMPerPkt = comm.EVM;EVMPerPkt。平均尺寸= [1 2 3];% Nst-by-Nsym-by-NssEVMPerPkt.Normalization =的平均星座力量”;EVMPerPkt。ReferenceSignalSource =“参考星座估算”;EVMPerPkt.ReferenceConstellation = wlanReferenceSymbols（cfgVHT）;

所述第二测量是RMS EVM每子载波每空间为一个包流。由于空间流被直接映射到在此设置的天线，这种测量可以帮助检测频率依赖性损害可能不同地影响个体RF链。用于这种测量的EVM仅平均超过OFDM符号。

％测量在符号平均EVMEVMPerSC = comm.EVM;EVMPerSC。AveragingDimensions = 2;% Nst-by-Nsym-by-NssEVMPerSC。归一化=的平均星座力量”;EVMPerSC。ReferenceSignalSource =“参考星座估算”;EVMPerSC。ReferenceConstellation = wlanReferenceSymbols (cfgVHT);

下面的代码为处理配置对象和变量。

对于时域包中访问的每个字段％指数印第安纳州= wlanFieldIndices (cfgVHT);rxWaveformLength =大小(rxWaveform, 1);pktLength =双(ind.VHTData (2));我们可以检测数据的％最小长度;样品中的L-STF的长度minPktLen =双(ind.LSTF (2) -ind.LSTF (1) + 1;％设置的测量图表[HSF，HCON，hEVM] = vhtTxSetupPlots（cfgVHT）;rmsEVM =零（numPackets，1）;pktOffsetStore =零（numPackets，1）;RNG（savedState）;％恢复随机状态

while循环是用来检测和处理所接收的波形中的数据包。样本偏移searchOffset是用来编入索引的吗rxWaveform检测数据包。里面的第一个数据包rxWaveform被检测和处理。样本索引偏移searchOffset然后递增到超越在处理后的分组rxWaveform并且当检测到下一个分组和处理，直到没有检测到进一步的数据包。

pktNum = 0;searchOffset = 0;%第一次取样(无偏移)而（searchOffset + minPktLen）<= rxWaveformLength%包检测pktOffset = wlanPacketDetect（rxWaveform，cfgVHT.ChannelBandwidth，...searchOffset, 0.9);％从包波形的起始位置的偏移pktOffset = searchOffset + pktOffset;％如果没有数据包检测或outwith波形的偏移量bounds然后停止如果为空(pktOffset) || (pktOffset<0) ||...((pktOffset + ind.LSIG (2)) > rxWaveformLength)打破;结束提取非ht字段并进行粗频偏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 (fs, nonht -coarsefreqOff);％确定L-LTF和实际开始的预计开始之间的偏移%的L-LTFlltfOffset = wlanSymbolTimingEstimate (nonht cfgVHT.ChannelBandwidth);确定包偏移量pktOffset = pktOffset + lltfOffset;％如果offset是没有波形的界限跳过样本，并继续％波形的其余内搜索如果（pktOffset <0）||（（pktOffset + pktLength）> rxWaveformLength）searchOffset = pktOffset +双（ind.LSTF（2））+ 1;继续;结束％的定时同步完成;提取所检测的分组rxPacket = rxWaveform (pktOffset + (1: pktLength):);pktNum = pktNum + 1;disp ([“包”num2str (pktNum)'AT指数：'num2str (pktOffset + 1)]);对提取的数据包进行粗频率校正rxPacket = helperFrequencyOffset (fs, rxPacket -coarsefreqOff);％对提取的分组执行精细频率偏移校正L-LTF = rxPacket（ind.LLTF（1）：ind.LLTF（2），:);％提取物L-LTFfineFreqOff = wlanFineCFOEstimate（L-LTF，cfgVHT.ChannelBandwidth）;rxPacket = helperFrequencyOffset（rxPacket，FS，-fineFreqOff）;％提取物VHT-LTF的样品，解调和执行信道估计vhtltf = rxPacket (ind.VHTLTF (1): ind.VHTLTF (2):);vhtltfDemod = wlanVHTLTFDemodulate (vhtltf cfgVHT);％获取单个流的信道估计chanEstSSPilots = vhtSingleStreamChannelEstimate (vhtltfDemod cfgVHT);％的信道估计陈= wlanVHTLTFChannelEstimate (vhtltfDemod cfgVHT);%光谱平坦度测量vhtTxSpectralFlatnessMeasurement（CHANEST，cfgVHT，pktNum，HSF）;％来自于波形提取VHT数据样本vhtdata = rxPacket (ind.VHTData (1): ind.VHTData (2):);估计VHT数据场的噪声功率noiseVarVHT = vhtNoiseEstimate (vhtdata chanEstSSPilots cfgVHT);提取VHT数据样本，进行OFDM解调、均衡％和相位跟踪[~,~,eqSym] = wlanVHTDataRecover (vhtdata,成龙、noiseVarVHT cfgVHT,...“EqualizationMethod”,“ZF”,'PilotPhaseTracking',“PreEQ”);%使用零强迫算法进行均衡计算数据包所有空间流上的RMS EVMrmsEVM (pktNum) = EVMPerPkt (eqSym);流('RMS EVM：％2.2F %%，％2.2fdB \ N'rmsEVM (pktNum), 20 * log10 (rmsEVM (pktNum) / 100));％计算RMS EVM每个子载波和空间用于分组流evmPerSC = evmPerSC (eqSym);% Nst-by-1-by-Nss％绘制RMS EVM每个子载波和均衡的星座vhtTxEVMConstellationPlots（eqSym，evmPerSC，cfgVHT，pktNum，HCON，hEVM）;%将每个包的偏移量存储在波形中pktOffsetStore（pktNum）= pktOffset;%增量波形偏移和搜索包的剩余波形searchOffset = pktOffset + pktLength + minPktLen;结束如果pktNum> 0 fprintf中（'为％d的分组平均的EVM：％2.2F %%，％2.2fdB \ N',...pktNum,意味着(rmsEVM (1: pktNum)), 20 * log10(平均(rmsEVM (1: pktNum)) / 100));其他的DISP（“不完整的数据包检测”);结束
包1指数:41光谱平坦了RMS维生素:2.36%,-32.55 db 2包在指数:9801光谱平坦了RMS维生素:2.32%,-32.70 db包3在指数:19561光谱平坦了RMS维生素:2.16%,-33.29 db包4在指数:29321光谱平坦了RMS维生素:2.16%,-33.31 db包5指数:39081光谱平坦了RMS维生素:2.27%,-32.88 db包在指数:6 48841光谱平坦了RMS维生素:1.93%,-34.29 db包在指数:758601光谱平坦了RMS维生素:2.19%,-33.21 db包8在指数:68361光谱平坦了RMS维生素:2.06%,-33.70 db包9日在指数:78121光谱平坦了RMS维生素:2.12%,-33.47 db包10在指数:87881光谱平坦了RMS维生素:2.01%,-33.95 db包11在指数:97641光谱平坦了RMS维生素:2.10%,-33.54 db包12指数:107401光谱平坦了RMS维生素:2.20%,-33.14 db包13指数:117161光谱平坦了RMS维生素:2.00%,-33.97 db包14指数:126921光谱平坦了RMS维生素:2.11%,-33.52 db包15日在指数:136681光谱平坦了RMS维生素:2.19%,-33.21 db包16岁指数:146441光谱平坦了RMS维生素:1.88%,-34.52 db包17日指数:156201光谱平坦了RMS维生素:2.03%,-33.84 db包18日指数:165961光谱平坦了RMS维生素:2.43%,-32.28 db包19日在指数:175721光谱平坦了RMS维生素:2.39%,-32.43 db包20指数:185481光谱平坦度通过RMS EVM: 2.63%， -31.60dB平均EVM为20包:2.18%，-33.24dB

发射光谱掩模测量

在该示例中大功率放大器建模后的过滤和受损的波形的频谱发射掩模进行测量。

门控的VHT数据字段的光谱测量的时间被用于发射机频谱发射掩模测试[4]。作为基带处理所述基带波形中的每个分组的开始索引的一部分保存。这些索引用于从过采样提取每个包的VHT数据字段txWaveform。当对内部的VHT数据字段进行门控时，必须考虑用于确定包索引的基带处理链中引入的任何延迟txWaveform。将提取的VHT数据字段连接起来，为测量做准备。

startIdx = OSF *（ind.VHTData（1）-1）+1;％上取样开始VHT数据endIdx = OSF * ind.VHTData（2）;VHT数据的％上采样端延迟= grpdelay（decimationFilter，1）;下采样滤波器组延迟%IDX =零（endIdx-startIdx + 1，pktNum）;为I = 1：pktNum%开始包在tx波形pktOffset = osf * pktOffsetStore(我)延迟;在txWaveform VHT数据的％指数IDX（：，1）=（pktOffset +（startIdx：endIdx））;结束gatedVHTData = txWaveform (idx (:):);

该光谱掩模由相对于峰值功率谱密度的标准规定。由辅助函数生成的图helperSpectralMaskTest覆盖所需的掩模与测量PSD。

helperSpectralMaskTest（gatedVHTData，FS，OSF）;
频谱掩码传递

结论性的进一步探讨

四个结果是由这个例子绘制;频谱平坦度，RMS EVM每个副载波，均衡星座，和频谱屏蔽。

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，噪声星座和带外发射在光谱掩模图中可见。尝试增加高功率放大器的回退，注意改进的EVM、星座和更低的带外发射。

频谱滤波和下采样(将波形带至基带进行处理)阶段包括滤波。这些滤波器的响应影响光谱的平坦度测量。光谱平直度测量中的纹波主要是由基带下采样引起的。尝试使用不同的滤光片或滤光片长度，并注意其对光谱平直度的影响。

附录

此示例使用以下辅助功能：

选定的参考书目

  1. IEEE Std 802.11 ac™-2013 IEEE标准信息技术——之间的通信和信息交换系统-本地和市区网络特定需求-第11部分:无线局域网介质访问控制(MAC)和物理层(体育)规范-第四修正案:增强对高吞吐量在乐队低于6 GHz。

  2. 禄和张。IEEE P802.11无线局域网。TGAC功能要求和评估方法启16 2011-01-19。

  3. E. Perahia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年。

  4. 阿香博，杰里和Shravan Surineni。“使用矢量信号分析仪IEEE 802.11光谱测量”。RF设计27.6（2004）：38-49。

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