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IEICE SR研究会実習型チュートリアル~無線通信の観測から解析まで~体験! MATLABを利用した無線信号の解析と可視化2017年9月11日(月)
MathWorks
田中明美
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アジェンダ
体験の前に・・・
地図上への信号強度表示– ファイル読み込み
– データ前処理
– データ可視化
– レポート生成
計測器で取得したIEEE802.11aの信号解析– Simulinkを使ってみる
– System Object とは?
– plottoolでグラフのカスタマイズ
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アジェンダ
体験の前に・・・
地図上への信号強度表示– ファイル読み込み
– データ前処理
– データ可視化
– レポート生成
計測器で取得したIEEE802.11aの信号解析– Simulinkを使ってみる
– System Object とは?
– plottoolでグラフのカスタマイズ
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4
登録メールアドレスに、確認メールが送付されます。メール文中のURLよりアカウントの有効化を行ってください。
MathWorksアカウント : ライセンスがなくても登録可能
https://jp.mathworks.com/mwaccount/register
MATLABのライセンスがなくても登録して頂けます!!
• オンラインでのドキュメント閲覧• 評価ライセンスダウンロード• MATLAB製品版ダウンロード• ライセンス管理• :• :• Etc.
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5
MATLAB入門(日本語)2時間コース無料(アカウント作成のみ必要)
MATLABのツールストリップ(画面上部)から「MATLAB の学習」をクリックまたは「matlab academy」で検索してURLを見つけログイン「MATLAB入門でMATLABを学ぶ」をクリック
WEBブラウザベースのクラウド環境上で、MATLABのプログラミング演習が可能
メリット : MATLAB Academy オンライン(自習システム)が使えます
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WebブラウザでMATLAB実行
https://jp.mathworks.com/help/matlab/examples.html#programming-and-data-types
プログラムを変更できます!
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本日使用するMATLABの構成と評価ライセンスの構成
バージョンR2017a
MATLAB
Simulink
Signal Processing Toolbox
DSP System Toolbox
Communications System Toolbox
WLAN System Toolbox
Mapping Toolbox
LTE System Toolbox*
Audio System Toolbox*
*は、本セッションの内容には含まれませんが、本日の他のチュートリアルセッションで扱われる内容と親和性が高いので評価ライセンスに含めました
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プログラム、資料の説明
MATLAB バージョン R2017aで作成しています。R2017a以外のバージョンでは使い方など異なる場合がございます。
プログラムは虫食いになっていますフォーカスしている関数などをメインに穴埋めして頂く形式でプログラムを用意しています。
穴埋めする箇所は****としておりますので、****書き換えてください。
ポイントの説明 作業して頂く手順
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アジェンダ
体験の前に・・・
地図上への信号強度表示(計測器取得想定データを使用)
– ファイル読み込み
– データ前処理
– データ可視化
– レポート生成
IEEE802.11aの信号解析(ローデ・シュワルツさまの計測器で取得したデータを使用)
– Simulinkを使ってみる
– System Object とは?
– plottoolでグラフのカスタマイズ
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地図上への信号強度表示ファイルの読込み例(1) : インポートツールでスクリプト自動生成
読み込みたいファイルをダブルクリック -> インポートツール起動
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地図上への信号強度表示ファイルの読込み例(1)
必要なデータのみ選択Cntl + row/column
マウスで範囲選択etc.
列ベクトル行列
テーブルデータ etc.
置き換え次を含む列を除外次を含む行を除外
NaN数値 etc.
次を含むインポートできないセル空白を次の値で処理ターゲット文字を入力
データのインポートスクリプトの生成関数の生成
欠損データ
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地図上への信号強度表示ファイルの読込み例(1)
自動生成されたスクリプト
自動生成されたファイルを保存
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地図上への信号強度表示ファイルの読込み例(2) : 関数を使用する
本セッションではcsvファイル以外にも使用できる
readtableを使用
csvファイルを読込む関数の一例
切り出したい列や行を指定 切り出したいヘッダを指定
データのスタート位置を指定
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地図上への信号強度表示データの前処理 : 表示してデータ確認
RSRPの範囲は-140dBm から -44dBm
範囲外の値が含まれる
確認だけであればplotだけでも十分文字列は ‘ ‘ ではさむ
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地図上への信号強度表示データの前処理 : NaNに置き換えて補間
外れ値がfillmissingで補間
データにNaNが含まれていてもplotで表示
条件にマッチしたところのデータのみNaNに置き換えられる
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地図上への信号強度表示データの前処理 : Cell ID ch2
fillmissingで前の値で補間
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地図上への信号強度表示表示範囲の指定
データの範囲がファイルごとに変わる場合は関数min/maxで求めたデータの最小値/最大値から
範囲を決定
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地図上への信号強度表示地図データ取得、地図情報取得
データの範囲がファイルごとに変わる場合は関数min/maxで求めたデータの最小値/最大値から
範囲を決定
使用したい地図データのレイヤを指定
ラスタマップとラスタ参照オブジェクト取得
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地図上への信号強度表示保存データを使用して地図表示
Worldmapで地図の軸を指定
geoshowで地図表示
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地図上への信号強度表示RSRP、カラーバー表示
カラーマップをRSRPのレンジに合わせる
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地図上への信号強度表示解析 : Cell ID ch2の変化点 データサイズが変更になる場合には
事前にデータ領域確保
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地図上への信号強度表示前処理したデータの保存
tableでテーブルデータに変換後writetableでファイルに保存
readtable同様csv以外のファイルフォーマットにも対応
変数名をヘッダとして保存
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地図上への信号強度表示 : WebMapにマーカーを表示
画像の貼り付けも可能
Wmmarkerで地図の表示とマーカーオーバーレイ
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地図上への信号強度表示レポート生成
パブリッシュ選択
パブリッシュタブ選択
セクション毎に見出し付きのレポート
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アジェンダ
体験の前に・・・
地図上への信号強度表示(計測器取得想定データを使用)
– ファイル読み込み
– データ前処理
– データ可視化
– レポート生成
IEEE802.11aの信号解析(ローデ・シュワルツさまの計測器で取得したデータを使用)
– Simulinkを使ってみる
– System Object とは?
– plottoolでグラフのカスタマイズ
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IEEE802.11aの信号解析ローデ・シュワルツさまの計測器で取得したデータ展開
計測器で保存したデータ– ideal11a.iq.tar
– fading_11a_1.iq.tar
計測器メーカー様より提供される変換ファイル– 各計測器メーカー様でmatファイルに変換するプログラムを提供されています
– ローデ・シュワルツ様よりご提供されるIQ & サンプルレート取得関数
– load_iq_tar_file.m
– 使い方
– >> [IdealIQ,SampleRate] = load_iq_tar_file('ideal11a.iq.tar');
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IEEE802.11aの信号解析データの確認 Simulinkアイコンクリック
固定ステップに設定された空のモデルを開く
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IEEE802.11aの信号解析
Simulinkライブラリブラウザ起動
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IEEE802.11aの信号解析Simulink : ブロックの配置
マウスの左ボタンドラッグ&ドロップでブロック配置
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IEEE802.11aの信号解析Simulink : ブロックの配置
DSP System Toolbox/
Sources/
Signal From Workspace
DSP System Toolbox/
Sinks/
Spectrum Analyzer
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31
IEEE802.11aの信号解析Simulink : ブロックの結線
接続したいブロックのポート付近でマウスが十字カーソルになったら
もう一方の接続先に左マウスボタンでドラッグ
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IEEE802.11aの信号解析Simulink : パラメータ変更 パラメータを変更
Signal : IQ
Sample time : 1/SampleRate
Samples per frame : 1024
Form output after final data value by : Cyclic repetition
ブロックをダブルクリック
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IEEE802.11aの信号解析Simulink : シミュレーション実行
シミュレーション実行
解析パネル表示
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34
IEEE802.11aの信号解析System Objects : MATLABコードによるストリーミング処理
従来MATLABコード = バッチ処理はメモリを大量に消費⇒ストリーミング処理
高速にシミュレーションすることが可能
データのバッファリング、状態の管理が容易
固定小数点シミュレーションとCコード生成に幅広く対応
データ
MATLAB
バッチ処理
Memory
ストリーミングデータ
ストリーミング処理
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35
IEEE802.11aの信号解析System Objects のイメージ
Out_A
Out_B
Object_A
Object_B
Object_C
Out_C
Input
Out_A
Out_B
Out_A = step(Object_A, Input);
Out_B = step(Object_B, Out_A);
Out_C = step(Object_C, Out_B);
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36
IEEE802.11aの信号解析System Objects のイメージ
hMod
hAWGN
hDemod
Out_Mod = hMod(Input);
Out_AWGN = hAWGN(Out_Mod);
Out_Demod = hDemod(Out_AWGN);
hMod=
comm.RectangularQAMModulator(64,'BitInput',true);
hAWGN =
comm.AWGNChannel('NoiseMethod',…
'Signal to noise ratio (Eb/No)','EbNo‘,SNR);
hDemod =
comm.RectangularQAMDemodulator(64,...
'BitOutput',true');
![Page 37: IEICE SR研究会 実習型チュートリアル~無線通信の観測から ......hMod hAWGN hDemod Out_Mod = hMod(Input); Out_AWGN = hAWGN(Out_Mod); Out_Demod = hDemod(Out_AWGN);](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022071500/611f390316d6ee6a5426b229/html5/thumbnails/37.jpg)
37
802.11aの信号解析System Objects : dsp.SpectrumAnalyzer
![Page 38: IEICE SR研究会 実習型チュートリアル~無線通信の観測から ......hMod hAWGN hDemod Out_Mod = hMod(Input); Out_AWGN = hAWGN(Out_Mod); Out_Demod = hDemod(Out_AWGN);](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022071500/611f390316d6ee6a5426b229/html5/thumbnails/38.jpg)
38
802.11aの信号解析System Objects : comm.ConstellationDiagram
![Page 39: IEICE SR研究会 実習型チュートリアル~無線通信の観測から ......hMod hAWGN hDemod Out_Mod = hMod(Input); Out_AWGN = hAWGN(Out_Mod); Out_Demod = hDemod(Out_AWGN);](https://reader035.vdocuments.net/reader035/viewer/2022071500/611f390316d6ee6a5426b229/html5/thumbnails/39.jpg)
39
802.11aの信号解析物理層データフレーム構成
Frame
Control
Duration
/ID
Address
1
Address
2
Address
3
Sequence
Control
Address
4
QoS
Control
Data FCS
2 bytes 2 bytes 6 bytes 6 bytes 6 bytes 2 bytes 6 bytes 2 bytes 0 -1500
bytes
4 bytes
MPDU(MAC Protocol Data Unit)/PSDU(PLCP Service Data Unit)
MACヘッダ MSDU
(MAC Service Data Unit)
helperNonHTMACHeaderDecode
ヘルパー関数 : MACヘッダのデコード
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802.11aの信号解析パケットの構成 : wlanNonHTConfig
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802.11aの信号解析WLAN System Toolboxから提供される関数例
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802.11aの信号解析検証データ作成 : comm.PNSequence
信号生成のSystem Objectsなので入力信号を設定しない
PN9のデータをQPSKで変調したとの情報から
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802.11aの信号解析ビットエラーレート : comm.ErrorRate
受信信号の遅延推定
BER測定
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802.11aの信号解析グラフのカスタマイズ : plottool
plottool起動
グラフのカスタマイズ
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802.11aの信号解析figure カスタマイズコード自動生成
ファイルメニューコード生成
自動生成された
グラフカスタマイズ用コード
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802.11aの信号解析計測データを変更して実行
読込むファイルを変更して実行
[IQ,SampleRate] = load_iq_tar_file('fading_11a_1.iq.tar');
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まとめ
IEICE SR研究会実習型チュートリアル~無線通信の観測から解析まで~体験! MATLABを利用した無線信号の解析と可視化
にご参加頂きありがとうございました。
本セッションでご体験頂いた機能はほんの一部で、他にも様々な機能をお使い頂けます。
本セッションの範囲以外でも、ご不明な点などございましたらお気軽にご連絡ください。