Test del beamforming LTE

Attività da eseguire

Nello scenario descritto, il software della stazione base controlla il peso dei segnali destinati alle singole antenne per spostare l'orientamento del lobo principale del fascio emesso verso la posizione del terminale mobile (UE). Questi segnali sembrano intricati. La relazione tra i pesi dei canali è una moltiplicazione con un vettore complesso a causa della polarizzazione. Per effettuare i test software o il debugging del sistema, è importante esaminare i segnali e verificare la matrice di pesatura, che potrebbe essere predefinita secondo lo standard o adattativa in base alla posizione dell’UE.

Soluzione di misura e collaudo

Per svolgere questa attività, gli oscilloscopi R&S^®RTO2044 e R&S^®RTO1044 sono dei potenti strumenti di esplorazione per analizzare l’ampiezza e lo sfasamento dei segnali tra i canali dell’antenna. Grazie all’elevata velocità di acquisizione e alla funzione FFT a elevate prestazioni, le variazioni del segnale possono essere rilevate in modo rapido e senza conversione di frequenza verso il basso. La larghezza di banda dell’oscilloscopio R&S^®RTO copre le bande di frequenza definite per le reti.

Il beamforming è una tecnica tipicamente utilizzata con la modalità di multiplazione TDD (Time Division Duplex) di LTE, dove il segnale non è contiguo nel tempo. Per facilitare l'analisi di questi segnali, gli oscilloscopi R&S^®RTO dispongono di modalità di trigger a larghezza e a finestra, che supportano la cattura delle porzioni di segnale utile e impediscono la registrazione dei tempi di pausa. Ciò semplifica notevolmente l'analisi spettrale. Un ulteriore vantaggio è la capacità di misura multicanale dell’oscilloscopio RTO R&S^®. L'analisi può essere facilmente estesa tra diversi oscilloscopi, ad esempio quando devono essere analizzati in parallelo più di quattro canali.

Applicazione

Nella configurazione di misura esemplificativa, i canali REF e MEAS1 di un trasmettitore LTE sono stati connessi a un oscilloscopio RTO R&S^®, che corrisponde a un sistema 1×2 MIMO.

Configurazioni verticale e orizzontale

In una prima misura, il trasmettitore LTE emette un segnale TDD LTE e l'oscilloscopio acquisisce il segnale mediante due canali con una scala verticale superiore all’ 80%del fondo scala.

La scala orizzontale è configurata per raggiungere un compromesso tra una velocità di acquisizione elevata e la possibilità di disporre di campioni sufficienti per calcolare la FFT e una larghezza di banda di risoluzione sufficiente (RBW).

Il trigger sulla larghezza degli impulsi dell'oscilloscopio RTO R&S^®viene utilizzato per catturare solo i burst di un segnale TDD LTE. Gli intervalli di pausa tra gli impulsi vengono ignorati e il calcolo della FFT del segnale non è influenzato dal rumore presente negli intervalli di pausa.

La Fig. 3mostra un grafico stabile di due burst TDD LTE catturati con un trigger sulla larghezza di 1 mse un notevole tempo di acquisizione di 20 ms. Il livello del trigger è indicato da una linea rossa tratteggiata.

Potenza del segnale

Per verificare la conformità spettrale del segnale, lo spettro del canale REF viene visualizzato sotto e, come previsto, si tratta di un segnale da 15 MHza 2,0175 GHz(banda LTE). La pesatura in termini di ampiezza può essere misurata con la funzione automatica di misura VRMS per i canali REF e MEAS. Il rapporto delle tensioni RMS tra i canali REF e MEAS dà l'ampiezza del fattore di pesatura. La Fig. 4mostra la misura della tensione RMS sulla destra, al di sotto di essa sono riportate le tracce dei canali REF (blu) e MEAS (rosa). La misura offre un valore preciso, poiché è concentrata solo sul segnale. L’impostazione del trigger assicura che il rumore durante un intervallo di pausa sia escluso dalla misura.

Sfasamento

Per misurare lo sfasamento tra canali REF e MEAS viene impostato un canale MATH per calcolare la differenza di fase. Il risultato è illustrato nella Fig. 5.

Si notano due punti:

• In primo luogo, i picchi occasionali sulla forma d'onda. Questi picchi sono causati dal campionamento non sincrono col il simbolo. Essi possono essere ridotti agganciando l’oscilloscopio al clock del trasmettitore, impostando una larghezza di banda di risoluzione FFT (RBW) pari alla larghezza di banda della sottoportante LTE di 15 kHze regolando la posizione del trigger sul punto ottimale di 40 μsper questo esempio. Il miglioramento della differenza di fase viene visualizzato nella Fig. 6, in cui essa appare molto più ridotta. Anche lo spettro del canale REF è migliorato rispetto alla Fig. 4

• In secondo luogo, la forma d'onda viene sovrapposta con una funzione lineare a causa del ritardo della configurazione della misura. L'effetto del ritardo o di qualsiasi altra deviazione di fase può essere facilmente rimosso mediante la taratura della configurazione senza beamforming (pesatura), costruendo una forma d'onda REF dal grafico della differenza di fase e sottraendo la forma d'onda REF dalla differenza di fase. La Fig. 7mostra la configurazione nel menu MATH mediante la funzione fftphi, che calcola la fase del canale selezionato

Come risultato della calibrazione, la Fig. 8mostra la misura di fase come una linea piatta. Per valutare l’accuratezza della misura, è applicato un istogramma della forma d’onda e sono utilizzate funzioni automatizzate di misura basate su questo istogramma per determinare il valore medio e il sigma della misura di fase. Il risultato è visualizzato in un’icona di segnale sul lato destro, racchiuso da una linea rossa. L’offset (Hmedio) risulta essere minore di 0,1° e il sigma (Hσ) è minore di 0,25°, che è sufficiente per misurare la fase con accuratezza di 1°in un tipico scenario di test.

La misura può essere facilmente estesa ad altri canali (vedere Fig. 9). Ad esempio una configurazione MIMO 1×4 richiederebbe un oscilloscopio digitale R&S^®RTO a quattro canali. Utilizzando un divisore di potenza per il segnale REF e tre oscilloscopi, un sistema MIMO 1×8 potrebbe essere analizzato collegando l’uscita del divisore a ciascun oscilloscopio e allocando i restanti sette segnali ai canali liberi dell’oscilloscopio.

Per un’analisi più dettagliata dei segnali LTE, l'oscilloscopio R&S^®RTO può essere combinato con il software R&S^®VSE, ad esempio per misurare ulteriori parametri come l’ampiezza del vettore di errore (EVM), lo sbilanciamento I/Q e il diagramma di costellazione.

Riassunto

L'utilizzo del beamforming nelle reti LTE può essere accuratamente verificato con uno o più oscilloscopi digitali RTO R&S^®per un sistema MIMO 1×2, 1×4 o persino 1×8. Ampiezza e fase sono esaminate con sufficiente accuratezza in un tipico scenario di test. La misura non richiede alcun software dedicato e può essere realizzata con il firmware standard dell'oscilloscopio RTO R&S^®.

Bibliografia

• M. Kottkamp, A. Rössler, J. Schlienz, J. Schütz. Introduzione alla tecnologia LTE Release 9. Monaco di Baviera: Rohde & Schwarz GmbH, 2011
• Bernhard Schulz. Modalità di trasmissione LTE e beamforming. Monaco di Baviera: Rohde & Schwarz GmbH, 2015