Test de la formation de faisceaux LTE

Votre tâche

Dans le scénario décrit, le logiciel de la station de base contrôle la pondération des signaux de chaque antenne, pour orienter le lobe principal du faisceau vers l'équipement utilisateur (UE, User Equipment). L'aspect de ces signaux est complexe. La relation de la pondération au sein des canaux est une multiplication accompagnée d'un vecteur complexe lié à la polarisation. Pour les tests logiciels ou le débogage système, il est important d'examiner les signaux et de vérifier la pondération, celle-ci étant susceptible d'être soit prédéfinie selon la norme, soit adaptative selon la position de l'équipement utilisateur.

Solution T&M

Pour cette tâche, l'oscilloscope R&S®RTO est un outil d'analyse puissant dédié à l'analyse de la magnitude et du décalage de phase entre les canaux d'antennes. Un taux d'acquisition élevé et une FFT hautes performances permettent de détecter rapidement les changements au sein des signaux, sans avoir recours à aucune conversion descendante. La bande passante du R&S^®RTO couvre les bandes de fréquence définies.

La formation de faisceaux est généralement utilisée en technologie LTE pour le mode duplex à répartition dans le temps – le mode TDD (Time Division Duplex) – en présence de signaux non contigus. Pour ces signaux, les oscilloscopes R&S^®RTO disposent des types de déclenchement fenêtré ou sur largeur, qui prennent en charge la capture d'impulsion à flux descendant et empêchent l'enregistrement des temps de pause. Cette capacité simplifie considérablement l'analyse spectrale. Un autre avantage est la capacité multicanaux du R&S^®RTO. Elle peut facilement être étendue sur plusieurs oscilloscopes si plus que quatre voies doivent être analysées en parallèle.

Application

Dans la configuration de mesure de l'exemple, les canaux REF et MEAS1 d'un émetteur LTE ont été connectés à un R&S^®RTO, qui correspond à un système 1×2 MIMO.

Paramètres verticaux et horizontaux

Dans une première mesure, l'émetteur LTE revendique un signal LTE TDD et l'oscilloscope acquiert ce signal en utilisant deux canaux avec une échelle verticale supérieure à 80 %de la pleine échelle.

L'échelle horizontale, quant à elle, est configurée pour atteindre un compromis entre, d'une part, taux d'acquisition élevé et nombre suffisant d'échantillons pour la FFT, et d'autre part, largeur de bande de résolution (RBW, Resolution BandWidth) suffisante.

Le déclenchement sur largeur du R&S^®RTO est utilisé pour capturer uniquement les bursts d'un signal TDD LTE. Les écarts entre impulsions sont ignorés et la mesure FFT du signal n'est pas déformée par le bruit des sections que constituent ces écarts.

La Fig. 3indique un graphique stable de deux bursts TDD LTE capturés avec un déclenchement sur largeur de 1 mset un large temps d'acquisition de 20 ms. Le niveau de déclenchement est indiqué comme une ligne en pointillées rouges.

Puissance du signal

Pour vérifier la conformité spectrale du signal, le spectre de la voie REF est affiché dessous, et comme prévu il s'agit d'un signal large de 15 MHzà 2,0175 GHz(bande LTE). La pondération en termes de norme (valeur absolue) peut se mesurer au moyen de la fonction VRMS automatisée pour les canaux REF et MEAS. Le taux des tensions efficaces (RMS) entre les canaux REF et MEAS fixe la norme du facteur de pondération. Fig. 4indique la mesure en tension RMS sur la droite, en-dessous il y a les traces des voies REF (bleue) et MEAS (rose). La mesure fournit une valeur précise car elle se focalise uniquement sur le signal. La configuration du déclenchement garantit que le bruit présent pendant un écart entre impulsions est exclu de la mesure.

Déphasage

Le déplacement de phase, ou déphasage, entre les canaux REF et MEAS est calculé via la mise en œuvre d'un canal MATH. Le résultat est indiqué dans la Fig.5.

Deux éléments sont à remarquer :

• Tout d'abord, la présence occasionnelle d'impulsions brèves sur la forme d'onde. Ces impulsions brèves sont induites par un échantillonnage synchrone hors symboles. Elles peuvent être réduites en verrouillant l'oscilloscope sur l'horloge de l'émetteur, en réglant la bande passante de résolution FFT (RBW) égale à la bande passante de la sous-porteuse LTE de 15 kHzet en ajustant la position de déclenchement sur le point optimal de 40 μspour cet exemple. La différence de phase améliorée est affichée dans la Fig. 6, qui apparaît comme plus lisse. Le spectre de la voie REF a également été amélioré par rapport à la Fig. 4

• Ensuite, du fait du retard qu'induit le montage de mesure, la forme d'onde présente, en surcouche, une fonction linéaire. L'effet du retard ou de tout écart de phase s'élimine facilement en étalonnant le montage de mesure sans formation de faisceaux (pondération), en mettant en place une forme d'onde REF à partir du graphique de déphasage et en soustrayant la forme d'onde REF du déphasage. La Fig. 7indique la configuration dans le menu MATH en utilisant la fonction fftphi, qui calcule la phase de la voie sélectionnée

Comme résultat de la calibration, la Fig. 8indique la mesure de phase comme une ligne plate. Afin d'évaluer la précision de la mesure, une forme d'onde histogramme est appliquée, et les fonctions de mesures automatisées se basant sur cet histogramme sont utilisées pour déterminer la moyenne et le sigma de la mesure de phase. Le résultat est affiché sous forme d'un icône sur le côté droit, entouré en rouge. Le décalage (HMean) s'avère inférieur à 0,1° et le sigma (Hσ) inférieur à 0,25°, ce qui est suffisant pour mesurer la phase avec 1° de précisiondans un scénario de test typique.

La mesure peut facilement être étendue à plus de voies (voir le schéma ci-dessous : Configuration de mesure pour plus de voies). Par exemple, un système MIMO 1x4 nécessiterait un oscilloscope quatre voies R&S®RTO. En utilisant un répartiteur de puissance pour le signal REF et trois oscilloscopes, un système MIMO 1x8 pourrait être analysé en connectant la sortie du répartiteur à chaque oscilloscope et en attribuant les sept signaux restant aux voies libres des oscilloscopes.

Pour une analyse plus détaillée des signaux LTE, le R&S®RTO peut être combiné avec le logiciel d'analyse de signaux vectoriels R&S®VSE afin de mesurer des paramètres supplémentaires tels que la magnitude de l'erreur vectorielle (EVM), le déséquilibre I/Q et le diagramme de constellation.

Conclusion

La formation de faisceaux LTE peut être testée précisément avec un ou plusieurs oscilloscopes numériques R&S®RTO pour un système MIMO 1x2, 1x4 ou même 1x8. Dans un scénario de test typique, la norme et la phase sont examinées avec une précision suffisante. La mesure ne nécessite aucun logiciel dédié et peut être effectuée avec le firmware standard du R&S®RTO.

Références

• M. Kottkamp, A. Rössler, J. Schlienz, J. Schütz. LTE communiqué 9 Technology Introduction. Munich : Rohde & Schwarz GmbH, 2011
• Bernhard Schulz. Modes de transmission LTE et formation de faisceau. Munich : Rohde & Schwarz GmbH, 2015