一、前言

本示例说明如何使用WLAN工具箱和相控阵系统工具箱对带有相控阵的IEEE 802.11ad DMG波形进行波束成形。

二、介绍

IEEE 802.11ad 定义了工作在 60 GHz 的定向千兆位 （DMG） 传输格式。为了克服在 60 GHz 下遇到的大路径损耗，IEEE 802.11ad 标准旨在支持定向波束成形。通过使用相控天线阵列，您可以应用天线权重矢量 （AWV） 将天线方向图聚焦在所需方向。每个数据包在所有阵列元素上传输，但 AWV 对每个元素应用相移以控制传输。通过将可选的训练字段附加到DMG数据包，并在发射器或接收器上测试不同的AWV，可以提高通信链路的质量。这个过程称为光束细化。

DMG 数据包由以下字段组成：

1. STF - 用于同步的短训练场。

2. CE - 通道估计字段，用于通道估计。

3. 标头 - 接收方解码以确定传输参数的信令字段。

4. 数据 - 数据字段，承载用户数据负载。

5. AGC 子场 - 可选的自动增益控制 （AGC） 子场，用于光束细化。

6. 训练子字段 - 可选的训练子字段，用于光束细化。

STF 和 CE 字段构成前导码。DMG 数据包的前导码、报头和数据字段使用相同的 AWV 传输。对于发射器波束细化训练，最多可以将 64 个训练 （TRN） 子字段附加到数据包。每个 TRN 子字段使用不同的 AWV 传输。这允许测量多达 64 种不同 AWV 的性能，并优化前导码、标头和数据字段的 AWV，以便后续传输。CE 子字段定期传输，每四个 TRN 子字段一个，在 TRN 子字段之间传输一个。每个 CE 子字段都使用与前导码相同的 AWV 进行传输。为了允许接收方在接收 TRN 子字段之前重新配置 AGC，TRN 子字段前面是 AGC 子字段。对于每个 TRN 子字段，AGC 子字段使用应用于单个 TRN 子字段的相同 AWV 进行传输。这允许在接收器上设置增益，适合测量所有TRN子场。下图显示了数据包结构，其中四个 AGC 和 TRN 子字段已编号并突出显示。因此，作为光束细化的一部分，对四种AWV进行了测试。相同的 AWV 应用于具有相同编号的 AGC 和 TRN 子字段。

此示例通过将不同的 AWV 应用于每个训练子字段来模拟发射机训练，以在多个方向上引导传输。通过评估远场平面波在接收器上评估每个训练子场的强度，以确定哪种传输 AWV 是最佳的。此仿真不包括通道或路径损耗。

三、波形规格

该波形配置为具有单载波调制 （SC） 物理层、100 字节物理层服务数据单元 （PSDU） 和四个发射器训练子字段的 DMG 数据包传输。四个训练子字段允许测试四个AWV的光束细化。使用WLAN 工具箱，创建一个 DMG 配置对象。DMG 配置对象指定传输参数。

四、波束成形规范

发射器天线方向图配置为具有半波长间距的 16 元件均匀线性阵列。使用分阶段的对象。ULA和分阶段。转向矢量，创建相控阵和AWV。用于评估传输的接收器位置指定为与发射器视线的偏移。

创建具有16个晶片的均匀线性相控阵来控制传输。AWV 是使用分阶段创建的。转向矢量对象。指定了五个转向角以创建五个 AWV，一个用于前导码和数据字段，一个用于四个训练子字段。前导码和数据场在视线处传输。四个训练子场以围绕视线的角度传输。

使用 plotArrayResponse 帮助程序函数，数组响应显示接收器的方向与训练子字段 TRN-SF3 的方向最一致。

五、生成基带波形

使用配置的DMG对象和填充了随机数据的PSDU作为波形发生器wlan波形发生器（WLAN工具箱）的输入。波形发生器根据格式配置调制PSDU位。

六、将权重矢量应用于每个字段

A 分阶段。创建辐射器对象以将AWV应用于波形，将来自每个元素的辐射信号组合成平面波，并确定感兴趣角度的平面波。DMG波形的每个部分都通过一组指定的AWV和评估平面波的角度通过辐射器。

七、评估波束成形波形

辅助函数绘制DMGWaveform绘制波束成形平面波的大小。在评估波束成形平面波的大小时，我们可以看到在接收器方向上形成的波束比其他场强。

八、结论

此示例展示了如何生成 IEEE 802.11ad DMG 波形并将 AWV 应用于波形的不同部分。该示例使用WLAN工具箱生成符合标准的波形，并使用相控阵系统工具箱应用AWV并评估接收器方向上产生的平面波的幅度。

九、参考

1. IEEE Std 802.11™-2020 IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications.

十、程序

使用Matlab R2022b版本，点击打开。（版本过低，运行该程序可能会报错）

打开下面的“Example.mlx”文件，点击运行，就可以看到上述效果。

程序下载：https://download.csdn.net/download/weixin_45770896/87666625