Formes d'ondes envisageables pour la 5G

Comment utiliser les solutions de test et de mesure de Rohde & Schwarz pour générer et analyser les formes d'onde 5G.

Le procédé de codage OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing : répartition en fréquences orthogonales sous forme de multiples sous-porteuses) est la méthode d'accès utilisée dans les réseaux LTE/LTE-Advanced modernes. Deux formes d'onde distinctes sont utilisées pour accéder au réseau : OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) dans la liaison descendante, et SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) dans la liaison montante. Les deux formes d'onde bénéficient du fait qu'OFDM est une technique de transmission multiporteuse, mais partagent aussi ses inconvénients tels que la haute sensibilité aux décalages en fréquence et temporel, un facteur de crête élevé (PAPR) et moins de flexibilité du spectre.

À cause de la sensibilité aux décalages en fréquence et temporel, il est nécessaire d'ajouter périodiquement des signaux de synchronisation et des signaux de référence dans le signal général, et qu'un appareil et le réseau se synchronisent avant que la communication (échange de données) puisse avoir lieu. La flexibilité limitée du spectre dans le LTE dépend de la transition entre les symboles OFDM consécutifs. La discontinuité (transition de phase) entre deux symboles OFDM lors de la génération du signal provoque des pics spectraux dans le domaine fréquentiel. Il en résulte de fortes émissions hors bande, et donc une bande de garde est généralement définie pour éviter les interférences entre les canaux voisins. Des signaux basés sur OFDM tels que le LTE utilisent également une longue durée de symbole plus un préfixe cyclique pour éviter le brouillage intersymbole (ISI) en raison de l'étalement des temps de propagation prévus dans le canal radio.

Spectre de puissance d'un signal de liaison descendante LTE de 20 MHz avec des pics spectraux causés par le processus de génération de signal OFDM

Les limitations de formes d'onde à base d'OFDM ont attiré l'attention des chercheurs qui étudient les formes d'onde futures pour la 5G. L'un des aspects qui intéressent les chercheurs est la latence beaucoup plus courte, nécessaire pour développer les nouveaux services et applications telles que la conduite autonome qui exige un délai de latence ultra-court et une liaison de communication très robuste. Une autre approche est de transformer le préfixe cyclique en option et d'utiliser des durées de symbole plus courtes. Tout ceci a conduit à plusieurs formes d'onde candidates, telles que

  • multiplexage par répartition en fréquence généralisée (GFDM, Generalized Frequency Division Multiplex)
  • multiporteuse à batterie de filtres (FBMC, Filter Bank Multicarrier)
  • multiporteuse filtrée universelle (UFMC, Universal Filtered Multicarrier)
  • OFDM filtré (f-OFDM)

Les performances de ces formes d'onde sont actuellement analysées et évaluées. En même temps, des nouveaux modèles d'accès multiple sont également à l'étude, y compris l'accès multiple à code clairsemé (SCMA, sparse code multiple access), l'accès multiple non-orthogonal (NOMA, non-orthogonal multiple access) et l'accès multiple à répartition de ressources (RSMA, resource spread multiple access).

Cependant, à l'heure actuelle, rien ne permet de dire si l'un de ces candidats de forme d'onde ou de systèmes d'accès multiples sera utilisés dans un futur système 5G. Il appartient aux comités de normalisation de soumettre leur proposition au groupe IMT-2020 au sein de l'Union internationale des télécommunications (UIT). C'est ce dernier qui tranchera. S'il accepte la proposition, la technologie du système de communications mobiles 5G pourra utiliser les bandes de fréquences précisées par l'UIT aux conférences mondiales des radiocommunications (WRC). La décision devrait tomber au plus tard en novembre 2019.

Solution de test pour la génération d'un signal à forme d'onde 5G

Option de recherche de formes d'onde 5G R&S®SMW-K114 pour le générateur de signaux vectoriels R&S®SMW200A.

Le générateur de signaux vectoriels R&S®SMW200A de Rohde & Schwarz est idéal pour générer des formes d'ondes 5G telles que GFDM, FBMC, UFMC et f-OFDM. L'interface utilisateur graphique (GUI) permet de changer simplement et facilement les paramètres de la forme d'onde, de sélectionner différents filtres de mise en forme d'impulsion, la longueur de filtre et l'atténuation dans la bande de coupure, et dispose d'une fonctionnalité de fenêtrage. Différents systèmes de modulation peuvent être appliqués. Les séquences PN peuvent être utilisées pour effectuer des essais en boucle fermée (HIL, hardware-in-the-loop) c'est-à-dire pour les tests de composants (par ex. filtre, amplificateur de puissance) et pour vérifier des conceptions de référence d'ondes millimétriques 5G.

Solution de test pour l'analyse d'un signal à forme d'onde 5G

Spectre de puissance et diagramme de constellation d'un signal UFMC démodulé avec l'option R&S®FS-K196.

L'option de recherche d'interfaces radio 5G R&S®FS-K196 est un logiciel d'analyse OFDM qui fournit la fonctionnalité requise pour analyser les formes d'onde basées sur GFDM ou UFMC. Ce logiciel inclut les fonctions de mesure du module de l'erreur vectorielle (EVM) par sous-porteuse et par symbole, un diagramme de constellation, la mesure du temps de propagation de groupe et beaucoup d'autres. Le R&S®FS-K196 est l'outil idéal pour mesurer la qualité du signal des nouvelles formes d'onde 5G définies pour étudier leurs propriétés et les performances.

Produits pour la recherche de formes d'onde 5G

  • R&S®SMW200A
    • Paramétrage total des formes d'onde 5G GFDM, UFMC, FBMC, f-OFDM
    • Largeur de bande de modulation interne unique de 2 GHz avec une gamme de fréquence pouvant attendre les 40 GHz
    • Génère deux signaux large bande indépendants avec tout type de modulation jusqu'à 20 GHz avec un seul instrument
  • R&S®FSW
    • Appareil autonome prenant en charge les fréquences de 2 Hz à 85 GHz (R&S®FSW85)
    • Largeur de bande d'analyse de signal jusqu'à 500 MHz
    • Fonctionnalité d'analyse de signaux 2 GHz en combinaison avec l'oscilloscope R&S®RTO1044
  • R&S®FS-K196
    • Fonctions d'analyse pour GFDM, UFMC et f-OFDM

En savoir plus sur la 5G

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