Forme d'onda candidate 5G

In che modo le soluzioni di misura di Rohde & Schwarz possono essere utilizzate per generare e analizzare le forme d’onda candidate 5G.

La multiplazione basata su forme d'onda ortogonali OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) è lo schema di accesso che viene utilizzato attualmente nelle reti LTE/LTE-Advanced. Per accedere alla rete nelle due direzioni (da stazione base a terminale mobile e viceversa) vengono utilizzate due diverse forme d'onda: OFDM (OFDMA) in downlink e (SC-FDMA) (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) a portante singola in uplink. Entrambe le forme d'onda beneficiano dell'OFDM come tecnica di trasmissione multiportante, ma condividono anche i suoi svantaggi, quali l'elevata sensibilità a offset di frequenza e di clock, un elevato rapporto potenza di picco - potenza media (PAPR) e minore agilità di spettro.

La sensibilità all'offset di frequenza e di clock rende necessario incorporare periodicamente i segnali di sincronizzazione e i segnali di riferimento nel segnale globale, e richiede la sincronizzazione del dispositivo e della rete prima che le comunicazioni (scambio di dati) possano avvenire. La limitata agilità di spettro nelle reti LTE dipende dalla transizione tra simboli OFDM consecutivi. La discontinuità (transizione di fase) tra due simboli OFDM durante la generazione del segnale provoca picchi spettrali nel dominio della frequenza. Ciò comporta elevati livelli di emissioni fuori banda; pertanto, per evitare interferenze tra canali adiacenti viene solitamente definita una banda di protezione. I segnali basati su OFDM, come quelli usati nelle reti LTE, utilizzano anche una durata del simbolo lunga e un prefisso ciclico per evitare l'interferenza intersimbolica (ISI) causate dalla differenza dei tempi di ritardo nella propagazione del segnale lungo diversi cammini prevista nel canale radio.

Spettro di potenza di un segnale downlink LTE da 20 MHz con picchi spettrali causati dal processo di generazione del segnale OFDM

Le limitazioni delle forme d'onda basate su OFDM sono state identificate come temi di ricerca per la definizione delle future forme d'onda da utilizzare nelle nuove reti 5G. Un aspetto è rappresentato dalla necessità di ottenere una latenza molto più breve, per consentire l'introduzione di nuovi servizi e applicazioni, quali la guida autonoma, che richiede una bassissima latenza e una connessione ad alta resilienza. Un altro approccio consiste nel rendere opzionale il prefisso ciclico e lavorare con durate più brevi di simboli. Tutto ciò ha portato alle definizione di diverse forme d'onda candidate, quali ad esempio

  • Generalized Fequency Division Multiplex (GFDM)
  • Filter Bank MultiCarrier (FBMC)
  • Universal Filtered MultiCarrier (UFMC)
  • Filtered OFDM (f-OFDM)

Le prestazioni di queste forme d'onda candidate sono attualmente in fase di analisi e di valutazione. Allo stesso tempo, anche nuovi schemi di accesso multipli sono oggetto di ricerca, tra i quali l'accesso multiplo a codici sparsi (SCMA, Sparse Code Multiple Access ), l'accesso multiplo non ortogonale (NOMA, Non-Orthogonal Multiple Access) e l'accesso multiplo a risorse spalmate (RSMA, Resource Spread Multiple Access ).

Tuttavia, al momento non è ancora stato deciso se questi schemi di accesso multipli o queste forme d'onda candidate saranno utilizzati in un futuro sistema 5G. Spetta ai comitati di standardizzazione presentare la loro proposta al gruppo IMT-2020 all'interno dell'Unione internazionale delle telecomunicazioni (ITU). I comitati decideranno se la proposta verrà accettata come soluzione tecnologica per realizzare un sistema di comunicazioni mobili 5G che può utilizzare le bande di frequenza identificate dalla ITU in occasione della Conferenze mondiali delle radiocomunicazioni (WRC). Si prevede che la decisione sarà presa da adesso al novembre 2019.

Soluzione di test per la generazione di segnali con forme d'onda 5G

Opzione forme d’onda candidate 5G R&S®SMW-K114 per il generatore di segnali vettoriali R&S®SMW200A.

Il generatore di segnali vettoriali R&S®SMW200A di Rohde & Schwarz è lo strumento ideale per creare le forme d'onda candidate all'utilizzo nelle reti 5G, come GFDM, FBMC, UFMC e f-OFDM. La sua interfaccia utente grafica flessibile e intuitiva permette di cambiare in modo semplice i parametri delle forme d'onda, selezionare i diversi filtri per la formazione degli impulsi, definire la lunghezza dei filtri, impostare l'attenuazione fuori banda e le funzionalità di finestratura. Possono essere applicati diversi schemi di modulazione. Le sequenze PN possono essere utilizzate per eseguire esperimenti con configurazioni hardware-in-the-loop, ad esempio per l'esecuzione di test sui componenti (come filtri e amplificatore di potenza) e la verifica dei progetti di riferimento per sistemi 5G funzionanti nello spettro delle onde millimetriche.

Soluzione di test per l'analisi dei segnali con forme d'onda 5G

Spettro di potenza e diagramma a costellazione di un segnale UFMC demodulato con l’opzione R&S®FS-K196.

L'opzione per l'analisi dei segnali candidati alle reti 5G R&S®FS-K196 è un software di analisi per segnali OFDM che offre le funzionalità necessarie per analizzare, ad esempio, le forme d'onda GFDM e UFMC. Il software permette di misurare il modulo del vettore errore (EVM) per sottoportante e simbolo, ricavare il diagramma a costellazione, misurare il ritardo di gruppo e molto altro ancora. L'opzione R&S®FS-K196 è la soluzione giusta per misurare la qualità del segnale delle forme d'onda 5G appena definite e valutarne caratteristiche e prestazioni.

Prodotti per forme d'onda candidate al 5G

  • R&S®SMW200A
    • Parametrizzazione completa delle forme d'onda candidate all'utilizzo nelle reti 5G, come GFDM, UFMC, FBMC e f-OFDM
    • Un'esclusiva larghezza di banda di modulazione interna di 2 GHz su una gamma di frequenze fino a 40 GHz
    • Genera due segnali a banda larga indipendenti con qualsiasi tipo di modulazione fino a 20 GHz con un solo strumento
  • R&S®FSW
    • Uno strumento autonomo che supporta frequenze da 2 Hz a 85 GHz (R&S®FSW85)
    • Larghezza di banda di analisi del segnale incorporata da 500 MHz
    • Funzionalità di analisi del segnale da 2 GHz in combinazione con l'oscilloscopio R&S®RTO1044
  • R&S®FS-K196
    • Funzionalità di analisi per forme d'onda GFDM, UFMC e f-OFDM

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