802.11物理層模擬1：WLAN System Toolbox介紹

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序言

Matlab是通信模擬非常常用的工具，然而早期的Matlab在通信方便僅僅是提供一個平台，模擬程序還是需要大家自己來編寫，從而造成學習與實踐上的很多彎路。

在802.11協議的模擬也存在這樣的問題，802.11協議研究與工程主要還是在物理層（PHY）和媒體介入層（MAC）上。

對於MAC層的模擬，已經有一些公共的參考模板。比如NS2，NS3都有相應的程序實現，可以當做一個實現的模板來供大家學習，理解一些協議的細節。
對於PHY層的模擬，缺少公共的參考模板。之前我們看到的大多都是第三方或者個人開放的版本，這樣模擬對於協議也僅僅是點到為止。而Simulink或者Labview的模板也很多都是封裝成圖形化的模塊，無法很好理解協議的細節。

針對以上問題，筆者在本文介紹的WLAN System Toolbox，即是MATLAB R2015b+所包含的一個新的功能，該模板對於協議的準確性和理解都是比較深刻的，依照此模板，我們對協議物理層進行一個理解分析。

WLAN System Toolbox介紹

Matlab WLAN System Toolbox是在2015b+的版本被添加的，筆者接觸的時候已經是2016b的版本的。WLAN System Toolbox為無線區域網的設計、模擬、分析和測試提供了符合802.11協議的模板，包含發射/接收端和信道建模。其中具體的信道編碼、調製方法(OFDM、DSSS和CCK)、空間流映射、信道模型 (TGac 和 TGn) 和 MIMO，都有專門的函數封裝，以方便模擬。

而且WLAN System Toolbox不僅僅可以模擬，還可以連接到無線電設備, 並通過無線傳輸和接收來驗證您的設計。（PS：這一塊筆者操作還不深，Matlab另外還有一個Software Defined Radio using MATLAB Simulink and the RTL-SDR，兩個有部分內容比較接近）

根據Matlab官方文檔，其各個版本更新的內容如下（參考WLAN System Toolbox Release Notes，截止2017/08/12，其最新的版本是R2017a）：

R2015b+

IEEE 802.11ac and 802.11b/a/g/n standard-compliant physical layer models
Very high throughput (VHT), high throughput (HT-mixed), and legacy (non-HT) waveform generation
Channel coding, modulation (OFDM, DSSS, CCK), spatial stream mapping, and MIMO receivers
Channel models, including TGac and TGn
Measurements including channel power, spectrum mask, EVM, PER, and occupied bandwidth
Waveform transmission and reception with radio devices and instruments
C code generation support

R2016a

Support for 802.11p Standard: Simulate 802.11p systems to analyze Intelligent Transportation Systems (ITS) applications
Support for 802.11j Standard: Simulate 802.11j systems to analyze Japanese WiFi market applications
Functionality Being Removed or Changed

R2016b

IEEE 802.11ah Support: Generate IEEE 802.11ah compliant waveforms
Multiuser-MIMO Receiver: Decode and analyze 802.11ac multiuser waveforms
LDPC Channel Coding: Analyze the performance of 802.11ac/n links using low-density parity-check (LDPC) channel coding techniques
Beacon Frame Generation Example: Create Beacon frames for receiver testing and over-the-air transmission
Productize functions

R2017a

IEEE 802.11ad Support: Generate IEEE 802.11ad compliant waveforms
IEEE TGah Indoor Channel Model: Simulate 802.11ah propagation conditions
OFDM Timing Synchronization: Detect and estimate symbol timing offsets in a received OFDM signal
MATLAB Compiler Support: Compile WLAN models into standalone applications
Scrambler Bit Mapping Change: Mapping of scrambler initialization seed is swapped

對於該WLAN System Toolbox的學習，可以參考Matlab的官方文檔，也可以直接以Demo的角度入手，對於Demo而言，其一共有4個分類，分別如下：

WLAN Modeling
Waveform Generation and Analysis
End to End Simulation
Signal Recovery
Software-Defined Radio (SDR)

關於End to End Simulation，其包含如下

我們可以直接在Matlab的幫助搜索裡面，直接搜索802.11a或者下面的全稱就可以找到這個具體的Demo，然後點擊Open Script就可以看到完整的實現了，參考這份實現，對於學習協議還是很有幫助的。

以上是物理層的模擬部分，而理論部分在Matlab幫助文檔中所述還不是那麼易於理解。為了更加容易理解物理層的對應內容，筆者建議閱讀《802.11權威指南》，《802.11 Survival Guide》，《Next Generation Wireless LANs》，《通信新讀》，《通信IC設計》，《基於XILINX FPGA的OFDM通信系統基帶設計》，這幾本書筆者在總結中也有所提及，可以根據個人需要閱讀。

目前筆者的學習順序是（802.11p and 802.11a Packet Error Rate Simulations）→（802.11n Packet Error Rate Simulation for 2x2 TGn Channel）→（802.11ac Packet Error Rate Simulation for 8x8 TGac Channel）→（802.11 Dynamic Rate Control Simulation），筆者會在該過程中，陸續整理一些內容，之後再進行更新。

本文為原創文章，如需轉載須註明出處和原文鏈接。

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