Formas de onda candidatas ao 5G

Como as soluções de teste e medição da Rohde & Schwarz podem ser usadas para gerar e analisar candidatos de formas de onda 5G.

A multiplexação por divisão de frequência ortogonal (OFDM) é o esquema de acesso usado nas redes LTE/LTE-Advanced atuais. Duas formas de onda separadas são utilizadas para obter acesso à rede: O acesso OFDM (OFDMA) no downlink, e o acesso múltiplo por divisão de frequência de portadora única (SC-FDMA) no uplink. Ambas as formas de onda se beneficiam do OFDM ser uma tecnologia de transmissão multiportadora, mas também compartilham suas desvantagens como a alta sensibilidade à frequência e aos desvios de clock, uma alta relação entre potência de pico e potência média (PAPR), e menor agilidade de espectro.

A sensibilidade à frequência e aos desvios de clock faz com que seja necessário embutir periodicamente sinais de sincronização e sinais de referência no sinal geral, e requer que o dispositivo e a rede sejam sincronizados antes que a comunicação (troca de dados) possa ser estabelecida. A agilidade de espectro limitada no LTE depende da transição entre os símbolos consecutivos do OFDM. A descontinuidade (transição de fase) entre dois símbolos de OFDM durante a geração de sinal causa picos espectrais no domínio de frequência. Isso resulta em altas emissões fora de banda, sendo assim, uma banda de proteção normalmente é definida para prevenir a interferência entre canais vizinhos. Os sinais baseados em OFDM como o LTE também usam uma longa duração de símbolo e um prefixo cíclico para evitar interferência inter-símbolos (ISI) devido ao atraso de propagação esperado do canal de rádio.

Espectro de potência de um sinal de downlink LTE de 20 MHz com picos espectrais causados pelo processo de geração de sinal OFDM

As limitações das formas de onda baseadas em OFDM foram identificadas como tópicos de pesquisa para as futuras formas de onda 5G. Um aspecto é a necessidade de uma latência muito menor para permitir novos serviços e aplicações como a condução autônoma que demanda uma latência ultra baixa e um link de comunicação altamente resiliente. Outra abordagem é tornar o prefixo cíclico opcional e trabalhar com durações mais curtas de símbolo. Tudo isso levou a diversos formas de onda candidatas, como

  • Multiplexação por divisão de frequência generalizada (GFDM)
  • Multi-portadora com banco de filtros (FBMC)
  • Multi-portadora filtrada de forma universal (UFMC)
  • OFDM filtrado (f-OFDM)

O desempenho dessas formas de onda candidatas está sendo analisado e avaliado atualmente. Simultaneamente, novos esquemas de acesso múltiplo também estão sendo pesquisados, incluindo o acesso múltiplo por código escasso (SCMA), acesso múltiplo não ortogonal (NOMA) e acesso múltiplo por distribuição de recursos (RSMA).

No entanto, não foi decidido neste ponto se alguma dessas formas de onda candidatas ou esquemas de acesso múltiplo serão utilizados em um sistema 5G do futuro. Cabe aos comitês de padronização submeter sua proposta ao grupo IMT-2020 dentro da União Internacional de Telecomunicações (ITU). Eles decidirão se a proposta será aceita como tecnologia para um sistema de comunicações móveis 5G que pode usar as bandas de frequência identificadas pela ITU nas Conferências Mundiais sobre Rádio (WRC). Espere-se que isso aconteça agora e em novembro de 2019.

Solução de teste para a geração de sinais de forma de onda 5G

Opção de formas de onda R&S®SMW-K114 candidatas ao 5G para o gerador de sinal vetorial R&S®SMW200A.

O gerador de sinal vetorial R&S®SMW200A da Rohde & Schwarz é ideal para a geração de formas de onda candidatas ao 5G como, por exemplo, GFDM, FBMC, UFMC e f-OFDM. A interface gráfica do usuário flexível (GUI) permite uma troca fácil e simples da parametrização da forma de onda, seleção de diferentes filtros de formato de pulso, atenuação da faixa de rejeição e do comprimento do filtro, e a funcionalidade de janelamento de recursos. Diferentes esquemas de modulação podem ser aplicados. As sequências PN podem ser usadas para executar experimentos de hardware in the loop, por exemplo, para testes em componentes (como filtros e amplificadores de potência) e a verificação dos designs de referência de onda milimétrica 5G.

Solução de teste para a análise de sinais de forma de onda 5G

Espectro de potência e diagrama de constelação de um sinal UFMC desmodulado com a opção R&S®FS-K196.

A opção de interfaces aéreas candidatas ao 5G R&S®FS-K196 é um software de análise OFDM que fornece as funções necessárias para analisar, por exemplo, formas de onda baseadas em GFDM ou UFMC. O software oferece medições de magnitude vetorial de erro (EVM) por subportadora e símbolo, diagrama de constelação, medição de atraso em grupo, e muito mais. O R&S®FS-K196 é a ferramenta certa para medir a qualidade do sinal de formas de onda 5G recém-definidas a fim de investigar suas capacidades de desempenho.

Produtos para as formas de onda candidatas ao 5G

  • R&S®SMW200A
    • Parametrização total das formas de onda candidatas ao 5G GFDM, UFMC, FBMC, f-OFDM
    • Largura de banda de modulação interna de 2 GHz exclusiva com um intervalo de frequência de até 40 GHz
    • Gera dois sinais de banda larga independentes com qualquer tipo de modulação de até 20 GHz com um instrumento
  • R&S®FSW
    • Instrumento autônomo com suporte de frequência de 2 Hz a 85 GHz (R&S®FSW85)
    • Largura de banda de análise de sinais de 500 MHz
    • Recurso de análise de sinais de 2 GHz em combinação com o osciloscópio R&S®RTO1044
  • R&S®FS-K196
    • Recurso de análise para o GFDM, UFMC e f-OFDM

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