Medidas de formación de haces en LTE

LTE se está convirtiendo en la tecnología inalámbrica predominante. Entre las muchas características nuevas de este estándar, la tecnología de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO) ofrece muchas ventajas,

como un mejor rendimiento, ampliación del alcance, reducción de interferencias y mejora de la relación señal e interferencia a ruido (SINR) con formación de haz. LTE ofrece diferentes modos para optimizar los ajustes de transmisión.

Una estación base LTE MIMO consta de una unidad de banda base, un cabezal de radio remoto (RRH) y un conjunto de antenas de hasta ocho unidades. El RRH eleva las señales digitales de la unidad de banda base a señales analógicas para cada antena.

Su misión

En las condiciones descritas, el software de la estación base controla el peso de las señales individuales de antena para desplazar el lóbulo principal del haz a la terminal de usuario. Estas señales parecen complejas. La relación del peso ponderado entre los canales surge de una multiplicación con un vector complejo debido a la polarización. Para pruebas de software o depuración de sistemas, es importante examinar las señales y verificar la ponderación, que puede estar predefinida en función del estándar o adaptada a la posición del terminal de usuario.

Configuración de la medida
Configuración de la medida
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Solución de test y medida

De cara a esta tarea, los modelos R&S®RTO2044 y R&S®RTO1044 son potentes herramientas de exploración para analizar los desplazamientos de magnitud y fase entre canales de antenas. Gracias a la elevada velocidad de adquisición y a la TRF de alto rendimiento, es posible detectar cambios de señal rápidamente, sin que sea necesaria una conversión descendente. La banda ancha del R&S®RTO cubre las bandas de frecuencia definidas.

Formación de haz en el diagrama de antena
Formación de haz en el diagrama de antena
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La formación de haz se utiliza normalmente en el modo LTE dúplex por división en el tiempo (TDD), cuando la señal no es contigua. Para estas señales, los osciloscopios R&S®RTO disponen de los tipos de disparo «anchura» y «ventana», que contribuyen a la captura del impulso del canal de ida y previenen el registro de los tiempos de pausa. Esto simplifica notablemente el análisis espectral. Otro beneficio más radica en la capacidad multicanal del R&S®RTO. Es posible ampliarlo a varios osciloscopios en caso de necesitar analizar más de cuatro canales en paralelo.

Aplicación

En la configuración de medida de ejemplo, los canales REF y MEAS1 de un transmisor LTE se conectaron a un R&S®RTO, correspondiente a un sistema 1×2 MIMO.

Ajustes verticales y horizontales

En una primera medida, el transmisor LTE reconoce una señal LTE TDD y el osciloscopio adquiere dicha señal por medio de dos canales con una escala vertical superior al 80 %de la escala completa.

Disparo estable de una señal LTE TDD.
Fig. 3: Disparo estable de una señal LTE TDD.
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La escala horizontal está configurada para lograr un compromiso entre una elevada velocidad de adquisición y la disposición de suficientes muestras para la TRF y un ancho de banda de resolución suficiente.

El disparo de anchura del R&S®RTO R&S®RTO se utiliza para capturar únicamente las ráfagas de una señal LTE TDD. Se ignoran los huecos entre los pulsos y la medida de TRF de la señal no se ve distorsionada por el ruido de las secciones con huecos.

La figura 3muestra una gráfica estable de dos ráfagas LTE TDD capturadas con un disparo de anchura de 1 msy un tiempo de adquisición amplio de 20 ms. El nivel de disparo se muestra como una línea discontinua roja.

 Medida de espectro y de valor cuadrático medio de la señal LTE TDD.
Fig. 4: Medida de espectro y de valor cuadrático medio de la señal LTE TDD.
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Potencia de señal

Para verificar la conformidad espectral de la señal, se muestra más abajo el espectro del canal REF; como es de esperar, se trata de una señal de 15 MHzde amplitud a 2,0175 GHz(banda LTE). Es posible medir la ponderación en términos de magnitud mediante la función de medida VMRS automatizada para los canales REF y MEAS. La relación de tensiones eficaces entre los canales REF y MEAS arroja la magnitud del factor de ponderación. La figura 4muestra la medida de la tensión eficaz, a la derecha; debajo se encuentran las trazas de los canales REF (azul) y MEAS (rosa). La medida proporciona un valor preciso, ya que se centra únicamente en la señal. La configuración de disparo garantiza que se excluya de la medida el ruido que se produce en un hueco.

Diferencia de fase entre los canales REF y MEAS.
Fig. 5: Diferencia de fase entre los canales REF y MEAS.
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Desplazamiento de fase

Para el desplazamiento de fase entre los canales REF y MEAS, se establece un canal MATH para calcular la diferencia de fase. El resultado se muestra en la figura 5.

Diferencia de fase con parámetros de adquisición optimizados.
Fase 6: Diferencia de fase con parámetros de adquisición optimizados.
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Son notables dos elementos:

  • En primer lugar, los picos ocasionales en la traza. Estos picos tienen su origen en un muestreo síncrono no simbólico. Es posible reducirlos mediante un bloqueo del osciloscopio al reloj del transmisor, configurando el ancho de banda de resolución de TRF a un valor equivalente al del ancho de banda de la subportadora LTE de 15 kHzy ajustando la posición de disparo al punto óptimo de 40 μs, para este ejemplo. La diferencia de fase mejorada se muestra en la figura 6, cuya apariencia es mucho más lisa. El espectro del canal REF también mejora en comparación con la figura 4
Editor de fórmula para calcular la diferencia de fase sin polarización.
Fig. 7: Editor de fórmula para calcular la diferencia de fase sin polarización.
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  • En segundo lugar, la traza se superpone con una función lineal a causa del retraso de la configuración de medida. Es posible eliminar fácilmente el efecto del retraso o de cualquier otra desviación de fase calibrando la configuración sin formación de haz (ponderación), mediante la construcción de una traza REF a partir del gráfico de diferencia de fase y restando la traza REF de la diferencia de fase. La figura 7muestra la configuración en el menú MATH usando la función fftphi, que calcula la fase del canal seleccionado.
Diferencia de fase calibrada entre los canales REF y MEAS.
Fig. 8: Diferencia de fase calibrada entre los canales REF y MEAS.
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Como resultado de la calibración, la figura 8muestra la medida de fase como una línea plana. A fin de evaluar la precisión de la medida, se aplica un histograma de forma de onda, y las funciones de medida automatizadas basadas en este histograma se utilizan para determinar la media y la sigma de la medida de fase. El resultado se muestra en un icono de señal en la parte derecha, rodeado por una línea roja. El desajuste (HMean) es inferior a 0,1°, y la sigma (Hσ) es inferior a 0,25°, lo cual es suficiente para medir la fase con una precisión de 1°en un caso típico de prueba.

Configuración de medida para más canales
Fig. 9: Configuración de medida para más canales
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Es posible ampliar la medida con facilidad para que abarque más canales (véase la fig. 9). Por ejemplo, un 1×4 MIMO requeriría un osciloscopio digital R&S®RTO de cuatro canales. Mediante un divisor de potencia para la señal REF y tres osciloscopios, fue posible analizar un 1×8 MIMO conectando la salida del divisor a cada osciloscopio y asignando las siete señales restantes a los canales libres del mismo.

Para un análisis más detallado de las señales LTE, es posible combinar el R&S®RTO con el software R&S®VSE para medir parámetros adicionales, como la magnitud del vector de error, el desequilibrio I/Q y el diagrama de constelación.

Resumen

Es posible poner a prueba con precisión la formación de haz LTE con uno o más osciloscopios digitales R&S®RTO para sistemas MIMO 1×2, 1×4 o incluso 1×8. Magnitud y fase se examinan con suficiente precisión en un caso típico de prueba. La medida no requiere ningún software específico y se puede llevar a cabo con el firmware estándar del R&S®RTO.

Bibliografía

  • M. Kottkamp, A. Rössler, J. Schlienz, J. Schütz. Introducción a la tecnología LTE, versión 9. Múnich: Rohde & Schwarz GmbH, 2011
  • Bernhard Schulz. Formación de haz y modos de transmisión LTE. Múnich: Rohde & Schwarz GmbH, 2015

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