Испытания формирования ДН в LTE

Измерительная задача

В описанном сценарии ПО базовой станции управляет взвешиванием сигналов отдельных антенн, чтобы направлять главный лепесток луча на абонентское оборудование. В результате получаются сложные сигналы. Взвешивание каналов осуществляется посредством умножения на комплексный вектор, что обусловлено поляризацией. Для испытаний ПО или отладки системы важно анализировать сигналы и проверять взвешивание, которое может быть предварительно определенным согласно стандарту или адаптивным в зависимости от положения абонентского оборудования.

Контрольно-измерительное решение

Эффективное решение этой задачи обеспечивают инструменты исследования R&S^®RTO2044 и R&S^®RTO1044 для анализа разности амплитуды и фаз между каналами антенн. Благодаря высокой скорости сбора данных и высокоэффективному БПФ можно быстро обнаруживать изменения сигналов без преобразования с понижением частоты. Полоса пропускания осциллографов R&S^®RTO охватывает заданные диапазоны частот.

Формирование луча обычно используется в режиме LTE TDD (дуплексная связь с временным разделением), когда сигнал не является непрерывным. Для таких сигналов в осциллографах R&S^®RTO предусмотрен запуск по длительности и по окну, чтобы регистрировать импульс в нисходящем канале и не регистрировать паузы. В результате значительно упрощается анализ спектра. Дополнительное преимущество приборов R&S^®RTO — их многоканальность. Доступно удобное расширение на несколько осциллографов, если требуется параллельно анализировать больше четырех каналов.

Применение

В представленном примере измерительной установки каналы REF и MEAS1 передатчика LTE подключаются к прибору R&S^®RTO, что соответствует системе 1×2 MIMO.

Вертикальные и горизонтальные настройки

В процессе первого измерения передатчик LTE формирует сигнал LTE TDD, а осциллограф собирает данные этого сигнала с помощью двух каналов с масштабом по вертикали, превышающим 80%от полной шкалы.

Масштаб по горизонтали настраивается для достижения компромисса между высокой скоростью сбора данных (с целью получения достаточного количества отсчетов для БПФ) и достаточной полосой разрешения (RBW).

Функция запуска по длительности в приборе R&S^®RTO используется для регистрации только пакетных сигналов LTE TDD. Паузы между импульсами игнорируются и результаты БПФ не искажаются шумом в паузах.

На рис. 3представлена стабильная осциллограмма двух пакетных сигналов LTE TDD, захваченная с помощью запуска по длительности 1 мси большого времени сбора данных 20 мс. Уровень запуска показан красной пунктирной линией.

Мощность сигнала

Для проверки спектрального соответствия сигнала используется показанный ниже спектр канала REF. Как и предполагалось, это сигнал с шириной полосы 15 МГцна частоте 2,0175 ГГц(диапазон LTE). Взвешивание по амплитуде можно измерить с помощью функции автоматизированного измерения VRMS для каналов REF и MEAS. Отношение СКЗ напряжений каналов REF и MEAS дает амплитуду весового коэффициента. На рисунке 4справа показаны результаты измерения среднеквадратического значения напряжения, а под ними отображаются кривые каналов REF (синяя) и MEAS (розовая). Измерения обеспечивают точное значение, поскольку они выполняются только для сигнала. Благодаря настройке запуска шум в паузах не измеряется.

Фазовый сдвиг

Для расчета разности фаз между каналами REF и MEAS настраивается канал MATH. Результат показан на рисунке 5.

Два момента заслуживают внимания:

• Во-первых, случайные пики на графике. Эти пики возникают вследствие не синхронизированной с символами дискретизацией. Их можно уменьшить посредством синхронизации осциллографа с тактовым сигналом передатчика, настройки полосы разрешения БПФ равной полосе поднесущей LTE 15 кГци настройки позиции запуска на оптимальную точку 40 мксдля данного примера. Улучшенная разность фаз представлена на рисунке 6, где она является более сглаженной. Спектр канала REF также улучшен по сравнению с рисунком 4

• Во-вторых, осциллограмма накладывается на линейную функцию вследствие задержки измерительной установки. Влияние задержки или любой другой девиации фазы можно легко устранить посредством калибровки установки без формирования ДН (взвешивания). При этом создается график REF на основе графика разности фаз, а затем вычитается график REF из разности фаз. На рисунке 7показана настройка в меню MATH с использованием функции fftphi, рассчитывающей фазу выбранного канала

В качестве результата калибровки на рисунке 8показан результат измерения фаз в виде ровной линии. Чтобы оценить точность измерения, применяется гистограмма осциллограммы, а функции автоматизированных измерений на основе этой гистограммы используются для определения среднего значения и среднеквадратического отклонения для измеренных фаз. Результат отображается справа в значке сигнала, выделенный по периметру красной линией. Смещение (HMean) менее 0,1°, среднеквадратическое отклонение (Hσ) менее 0,25°, что вполне достаточно для измерения фаз с точностью 1°в типовом тестовом сценарии.

Измерение легко расширить на большее количество каналов (см. рисунок 9). Например, для системы 1×4 MIMO требуется четырехканальный цифровой осциллограф R&S^®RTO. С использованием делителя мощности для сигнала REF и трех осциллографов можно анализировать систему 1×8 MIMO посредством подключения выхода делителя к каждому осциллографу и распределения оставшихся семи сигналов между свободными каналами осциллографов.

Для более подробного анализа сигналов LTE прибор R&S^®RTO можно комбинировать с ПО R&S^®VSE, чтобы измерять дополнительные параметры, такие как модуль вектора ошибок, дисбаланс I/Q и диаграмму сигнального созвездия.

Заключение

Формирование луча в LTE можно точно тестировать с помощью одного или нескольких цифровых осциллографов R&S^®RTO в системах 1×2, 1×4 или даже 1×8 MIMO. Амплитуда и фаза анализируются с достаточной точностью в типовом сценарии испытаний. Для измерений не требуется специализированное ПО, достаточно стандартного встроенного ПО прибора R&S^®RTO.

Список литературы

• M. Kottkamp, A. Rössler, J. Schlienz, J. Schütz. LTE Release 9 Technology Introduction. Мюнхен: Rohde & Schwarz GmbH, 2011
• Bernhard Schulz. LTE Transmission Modes and Beamforming. Мюнхен: Rohde & Schwarz GmbH, 2015