Использование анализатора r&s FSW для проведения эффективных измерений на многостандартных базовых станциях

Использование анализатора к&Б FSW для проведения эффективных измерений на многостандартных базовых станциях

Статья посвящена использованию функции МиНьстандартного радиоанализатора в анализаторе спектра и сигналов FSW> производства компании Rohde&ScKwаrz. Показаны особенности использования и измерения передатчиков, работающих в Ми!К-стандартном режиме. На примере базовой станции, одновременно излучающей сигналы трех раззличных стандартов (GSM/WCDMA/LTE FDD) показано, как легко можно провести анализ их взаимного влияния. Сочетание широкой полосы анализа и наличие универсального Ми1К-стандартного анализатора в одном приборе позволяет считать И&§ FSW идеальным инструментом для любых задач поиска и устранения неисправностей.

Радиоинженеры, работающие с передатчиками многостандартных радиосигналов, сталкиваются со сложной задачей. Сложные сигналы от различных технологий радиодоступа необходимо формировать и передавать с помощью одного общего устройства. С одной стороны, передатчики, а особенно усилители мощности, должны быть энергоэффективны, т.е. обеспечивать высокую ВЧ-мощность при минимально возможном потреблении питания. С другой стороны, необходимо одновременно передавать сигналы стандарта TDMA (например, сигналы GSM или TD-SCDMA) одновременно с сигналами с большим ПИК-фактором стандарта CDMA (например, сигналы 3GPP WCDMA) и стандарта OFDM (например, сигналам LTE). Формирование каждого из таких сигналов уже является не простой задачей. Но передача этих сигналов в общем сигнальном тракте создает дополнительные трудности, так как сигналы не должны влиять друг на друга во избежание ухудшения работы отдельных технологий радиодоступа.

Подобная комбинация различных сигналов также требует современных сложных измерительных приборов, которые способны проанализировать и выделить проблемы, вызванные взаимодействием между различными сигналами.

В данной статье описывается функция анализа многостандартных радиосигналов (MultiStandard Radio Analyzer = MSRA) анализатора сигналов и спектра R&S FSW, а также объясняется разница между функцией MSRA и функцией Multi-view, которую иногда также называют анализатором многостандартных радиосигналов. На конкретном примере показана работа анализатора R&S FSW с многостандартным радиосигналом с некоторыми искажениями, создаваемыми источником сигнала.

Функция анализатора многостандартных радиосигналов (MSRA) является стандартной функцией прибора R&S FSW. Функция позволяет проводить анализ разных сигналов в полосе частот до 160 МГц за один проход. Функция ана-

лизатора MSRA может проводить демодуляцию и измерение каждого из этих сигналов по отдельности, используя данные, собранные при анализе различных каналов, и применяя соответствующие функции анализа, как GSM (FSW-K10), 3GPP WCDMA (FSW-K72), cdma2000 (FSW-K82), LTE (FSWK100/104) и т.п. Таким образом, анализатор MSRA может сопоставлять разные сигналы, например, находя определенные ситуации в одном сигнале, такие как высокое значение EVM (модуль вектора ошибок) на конкретном символе, и их возможные причины, анализируя другие сигналы в канале MSRA в один и тот же момент времени.

На рисунке 1 показан пример многостандартного радиосигнала, состоящего из двух сигналов WCDMA и двух сигналов GSM в общей полосе частот 16 МГц.

Анализатор R&S FSW собирает данные со всей полосы в 16 МГц за один прохсд. Далее он фильтрует сигналы и производит повторную выборку согласно установленным параметрам канала. Затем анализатор проводит для каждого сигнала соответствующее измерение. Результаты измерений для каждого канала отображаются в отдельном окне на экране анализатора R&S FSW

Так как в основе измерений в различных каналах лежит общий набор данных, возможна корреляция по времени между отдельными каналами. Анализатор R&S FSW способен захватывать до 200 миллионов отсчетов сигнальных данных. Использование такого объема памяти повышает вероятность захвата редких событий.

Функция Multi-View и режим последовательностей анализатора R&S FSW

Альтернативным способом анализа многостандартных радиосигналов является последовательное измерение отдельных сигналов. Иногда данный метод также называют анализатором многостандартн^[х радиосигналов. При таком подходе также возможно получить данные всех измерений отдельных переданных сигналов. Анализатор FSW с функцией Multi-view способен одновременно отображать все результаты испытаний.

Тем не менее, разница между этими двумя функциями в том, что функция Multi-view не позволяет получить данных о временной корреляции между отдельными сигналами, а взаимодействие между разными сигналами сложно или даже невозможно обнаружить. Данный метод также доступен в анализаторе R&S FSW в режиме Multi-View. Преимущество метода в том, что анализатор сигналов может проводить измерения сигналов в полосе большей, чем максимальная полоса анализа. Тем не менее, полоса анализа у прибора R&S FSW составляет 160 МГц, что охватывает полосу частот всех современных передающих базовых станций сотовой связи.

Многостандартные базовые радиостанции передают сигналы, используя технологии радиодоступа, принятые в стране или регионе, с помощью одного передатчика. Например, в Европе это может быть комбинация сигналов GSM, 3GPP WCDMA и LTE, причем сигналы

Полоса частот сигнала MSR

G

S

М

1 I

WCDMA1

WCDMA2

G

S

М

2 ]

Радиочастота

[МГц]

f — 7,5 МГц f-2,5 МГц f f +2,5 МГц f +7,5 МГц

Рис. 1. Пример сигнала с 2 несущими GSM и 2 несущими WCDMA

MSRA View ] MSRA Master

Ref Level 10.00 dBm Мел* I itiie 21 m$ SUrtte 20 0 NUz

Att 20 dB freq 1 0 GHz Rec 1 enqth 420000 RAW 18.7 kHz

TRG EXTl

ш

МмпиНпд...

Рис. 2. Отображение спектра в режиме МБРД, показывающее несущие частоты сигналов GSM/WCDMA/LTE/ЄБМ

GSM обычно расположены по краям рабочей полосы частот, в то время как сигналы 3GPP WCDMA и LTE находятся внутри данной полосы. В других регионах набор сигналов может отличаться, в зависимости от используемых технологий радиодоступа. Исходной точкой для проведения измерения многостандартного радиосигнала с помощью анализатора R&S FSW является захват всего переданного сигнала в режиме MSRA с соответствующей центральной

частотой, уровнем и полосой частот анализа.

В следующем примере показана процедура измерения многостандартного радиосигнала. В нем используется сигнал, сформированный генераторами сигналов фирмы R&S с высоким значением ЕУМ несущей WCDMA на отдельном символе. Обычно измерения сигнала проводят в любой удобно доступной части передатчика, например, в низкочастотной части или на выходном усилителе. Обычными

средствами обнаружить причину искажений было бы трудно, и это заняло бы много времени. Данный пример показывает, насколько просто это сделать с помощью функции MSRA анализатора R&S FSW

На вкладке MSRA Master отображается спектр многостандартного переданного сигнала (рис. 2). Затем запускаются приложения по анализу сигналов стандартов GSM и WCDMA (рис. З).

Рис. З. Вкладка MSRA View для приложений GSM и 3GPP FDD BTS

MSRA View

MSRA Master

GSM

Ref Level 10-00 dBm • Att 20 dB

TRG EXT 1_________________

1 Composite FVM

О

Freq 997 ъ миг Channel 0.256 CPICH Slot 0

3G FDD BTS

Power Rd to CPICH SymbRate 15 kips

. cjsi»sraLH<sуши ОramsЛі&РАШ Stei 0) Total Power -7.87 dBm Trigger To Frame 144 048812 ns Carrier Freq Error IQ Offset 28 21 Hz 0 00 Chip Rate Error IQ Imbalance -0 03 ppm 0 01 %

Avg Power Inact Chan Rho Channel Result»» (Ch 0.256 J -93 84 dB 0 999977 Composite EVM No of Active Charnels 0 51 % 68 РЇ CDE05 Ksps) Avg RCOE(64QAM) •66.77 dB

Symbol Rate Channel Slot No 15 ksym/s 0 Timing O^e^^ RCDE 0 Chips -56.72 dB No of Pilot Bits Modulation Type 0 QPSK

Channel Power Abs Channel Power Rel -17.88 dBm 0 00 dB Symbol EvM Symbol EVM 0.26 % PK 0 .14 % rms

Рис. 4. Диаграмма значения составного EVM для сигнала WCDMA

Из анализа сигнала WCDMA видно, что значение БУМ сигнала очень большое.

Отображение значеня БУМ по слотам по-казывпает, что в слотах 1, 2, 8 и 9 значение модуля вектора ошибок БУМ намного больше, чем в других сегментах. (см. рис. 4).

Подробное изучение зависимости модуля вектора ошибок от элементов сигнала "БУМ уэ

Chip" для слота 1 с большим значением EVM приведено на рис. 5.

Маркер 1 показывает, что элемент сигнала с номером 1878 имеет самое высокое значение EVM.

Интервал анализа для отображения результатов "EVM vs Chip" указывает на то, что данная ошибка возникла между 666,8 мкс и

1,33 мс, так как каждый слот сигнала WCDMA имеет длину 667 мкс и состоит из 2560 элементарных сигналов (чипов). Абсолютное значение времени появления искажения можно вычислить следующим образом:

666,8 мкс (начало интервала анализа) +

+ 1878/2560 * 667 мкс = 1,156 мс.

Analysis Interva : 666 811 ms- I 333 me

mi 22.71

Chip

1

і 1 1 f

Chip 0 №> JЛ LAJ K--ІМ nv гг'ь CNj> 2559

Ринб.Определение элемента сигнала с самым высоким значением EVM в слоте WCDMA

Рис. 6. Корреляционная связь в пакетном сигнале GSM: нарастающий фронт сигнала!

Зная абсолютное время появления ошибки, функцию MSRA можно использовать для обнаружения корреляционной связи с другими несущими в тот же момент времени.

При анализе сигнала GSM становится очевидно, что всплеск сигнала GSM возникает в тот же момент времени, в котором символ сигнала WCDMA имеет высокое значение

EVM! (рис. 6).

Таким образом, в режиме MSRA анализатора R&S FSW можно легко выявить взаимодействие между различными несущими, так как анализ выполняется по общему набору I/Q-данньх Проще всего данные взаимодействия можно выявить на вкладке MSRA View, на которой одновременно отображаются захва-

ченные данные и результаты работы отдельных измерительных приложений (рис. 7).

По материалам компании ROHDE&SCHWARZ http://www.rohde-schwarz.ru/products/test and measurement/spectrum analysis/FSW

MSRA View j MSRA Master j GSM (» f 3G FDD BTS

«•* inai II »*«•" r.m» II -• >«•* 1» 1 4 W am Hal Ьім|і>іМИ 1» * >•> ГМ Г»ті

• A \ J

tf IJUt j IM 9* M Ml* ' > lf«IM ЧИІ

Рис. 7. Вкладка MSRA View многостандартного радиосигнала с временными корреляциями