5G-NR-MIMO-Signalanalyse

Ihre Anforderung

Die hochmoderne Mobilfunktechnologie 5G New Radio (NR) legt den Fokus auf Enhanced Mobile Broadband (eMBB), Ultra-Reliable Low Latency Communications (URLLC) und Massive-IoT-(mIoT)-Konnektivität, um die vertikalen Branchen zu bedienen. Massive-Multiple-Input-Multiple-Output-Antennensysteme (MIMO) und Beamforming zählen unbestritten zu den Schlüsseltechnologien, die durch 5G NR ermöglicht werden. Sie sind Grundvoraussetzung und fundamentaler Bestandteil für die Einführung von 5G im Hinblick auf die Verbesserung von Endnutzererlebnis, Netzkapazität sowie Abdeckung und tragen schlussendlich zur hohen spektralen Effizienz bei. Der Vorteil des Einsatzes von Beamforming auf Basis der Massive-MIMO-Technologie besteht darin, dass die Strahlleistung für den Zielteilnehmer in der gewünschten Richtung erhöht wird, während die Leistung des Strahls für benachbarte Anwender, die nicht beteiligt sind, reduziert wird.

Dadurch wird die Netzwerkeffizienz im Hinblick auf eine verbesserte Leistungsübertragungsbilanz sowie die optimierte Vermeidung und Unterdrückung von Störungen auf ein neues Level gehoben. Beamforming ist erforderlich, um ein Signal in eine gewünschte Richtung zu übertragen. Dies wird erreicht, indem man die relative Phasenverschiebung eines jeden benachbarten Eingangssignalstroms erzeugt. Die eingeführte Phasenverschiebung oder Phasendifferenz sollte konstant gehalten werden, sodass der erzeugte Strahl stabil in die gewünschte Richtung zeigt. Die Bestimmung der Phasenverschiebung des Eingangssignals auf jeder MIMO-Schicht ist unabdingbar, um die Qualität des erzeugten Beamforming zu bewerten. Die grundlegenden Messungen an 5G-Sendesignalen, beispielsweise EVM, Sendeleistung und ACLR, sind auf jeder MIMO-Schicht unverzichtbar. Es ist stets von Vorteil, solche Messungen auf verschiedenen MIMO-Schichten in einer einheitlichen Art und Weise durchzuführen, um korrelierte Messergebnisse zu erzielen. Die gleichzeitige, kohärente Mehrkanalerfassung des 5G-Signals erhöht ebenso die Messeffizienz.

Lösung von Rohde & Schwarz

Dank der Eingangsstufe des R&S®RTP/R&S®RTO, die sich durch eine hohe Signalerfassungsrate und Mehrkanaligkeit auszeichnet, bildet ein R&S®RTP oder R&S®RTO Oszilloskop zusammen mit der R&S®VSE Vector Signal Explorer Software eine einfach einzurichtende Testlösung für die Durchführung der 5G-NR-MIMO-Signalanalyse. Das R&S®RTP ist ein vierkanaliges High-End-Oszilloskop. Ausgestattet mit der R&S®RTP-K11 I/Q-Softwareschnittstelle unterstützt es die Abwärtsmischung und Unterabtastung des erfassten 5G-MIMO-FR1-Signals. Die hohe Abtastkapazität bei einer Abtastrate von bis zu 40 Gsample/s ermöglicht eine längere I/Q-Aufzeichnungsdauer von bis zu 80 Msample.

Die abgetasteten Ausgangs-I/Q-Daten des R&S®RTP/R&S®RTO, die von R&S®VSE – ausgestattet mit den Optionen R&S®VSE-K144 und R&S®VSE-K146 – bereitgestellt werden, lassen sich bequem mit einem marktgängigen Analysewerkzeug nachbearbeiten. Die Messcharakteristiken von R&S®VSE-K144 und R&S®VSE-K146 für Einkanal- bzw. Mehrkanalmessungen erleichtern es in Kombination mit der R&S®VSE Software, komplette HF-Parametermessungen einschließlich der Phasenmessungen auf jeder MIMO-Schicht durchzuführen. Zudem liefert eine Zusammenfassung der Beamforming-Informationen von jeder Schicht eine ausgezeichnete Übersicht über die Ressourcenzuteilung von PBCH, PDSCH und CORESET, den jeweiligen Antennenport (AP) und die entsprechenden Phasenmessungen. Das R&S®RTO bietet zusammen mit der R&S®RTO-K11 I/Q-Softwareschnittstelle eine alternative, kostengünstige Lösung, die das 5G-Frequenzband bis zu Sub-6 abdeckt.

Anwendung

Die Kombination aus den Optionen R&S®RTP-K11/R&S®RTO-K11 und R&S®VSE-K144 deckt die herkömmlichen 5G-NR-HF-Signalparametermessungen auf einem einzelnen Kanal ab, beispielsweise EVM, Frequenzabweichung, Leistungsspektrum, Signalebenheit und Signalkonstellation.

Erweitert man diese Kombination um R&S®VSE-K146, lassen sich die Messungen mehrkanalig durchführen. Damit können bis zu vier MIMO-Schichten gleichzeitig erfasst, abwärtsgemischt und gemessen werden.

Die Option R&S®VSE-K146 ergänzt die Messungen mit R&S®VSE-K144 um eine Phasenmessung, die Phasendifferenz zur Referenzantenne und eine Zusammenfassung der Beamforming-Informationen wie folgt:

„RS Phase“ misst die Phase der Träger, die von verschiedenen Referenzsignalen (PDSCH, PDCCH etc.) auf verschiedenen APs belegt werden.

„RS Phase Difference“ misst die Phasendifferenz von verschiedenen APs relativ zum Referenz-Antennenport.

„Beamforming Summary“ zeigt den Phasenverlauf jeder Zuweisung, die von den endgerätespezifischen Referenzsignalen (PDSCH, CORESET, CSI-RS etc.) genutzt wird, in numerischer Form.

Der Screenshot unten liefert einen Überblick über die in R&S®VSE-K146 verfügbaren Messungen.

Fazit

R&S®RTP/R&S®RTO und R&S®VSE erfüllen die Anforderungen für die Verifizierung von 5G-NR-MIMO-Signalen. Dank der hohen Signalerfassungsrate und Mehrkanaligkeit von R&S®RTP/R&S®RTO lassen sich MIMO-Schichten und die Signaleigenschaften von Beamforming schnell und schlüssig analysieren.