В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Лондон. Город, в котором тысячи "черных такси" разъезжают под управлением опытных водителей. Чтобы получить лицензию, им нужно уметь действовать осмысленно, то есть составлять оптимальный маршрут, который кратчайшим путем приведет их к назначенному месту. Они проводят целые месяцы, колеся по городу на велосипедах или скутерах, досконально изучая городские карты, стараясь познакомиться с расположением улиц и найти кратчайшие пути.
То же самое происходит сегодня и с измерениями. Традиционные способы измерения нацелены на предоставление сухих данных (например, городские карты), но обычно этого уже недостаточно, причем независимо от сферы деятельности. Очевидно, что сегодняшние и завтрашние измерительные приборы должны подавать своим пользователям идеи, извлекаемые из результатов измерений, обработанные до осмысленного контекста и позволяющие пользователю двигаться дальше. К тому же интеграция оборудования, столь часто встречающаяся сегодня, обычно предполагает, что даже на уровне компонентов приходится иметь дело с многофункциональными устройствами, входы и выходы которых могут использовать разные среды передачи.
Взглянем, например, на мир беспроводных сетей. В частности, новый стандарт 802.1 lac, находящийся уже в процессе утверждения, призван обеспечить значительно большую скорость и емкость домашних и малых офисных сетей. Основные его изменения (относительно предыдущих версий) предполагают значительное расширение полосы канала, более высокий порядок модуляции и большее число пространственно мультиплексируемых потоков. Точки доступа, поддерживающие этот стандарт, будут изготавливаться миллионами штук и продаваться по цене порядка сотни долларов. А удешевление материалов, пусть даже на считанные центы, безусловно, окажет огромное влияние на стоимость производства и прибыльность компании. Одним из самых дорогостоящих компонентов является ВЧ-усилитель, который теперь должен быть более широкополосным (включая разделенные несмежные каналы 80+80 МГц, см. рис. 1), он обеспечит необходимую линейность.
Для снижения стоимости изготовители будут пытаться применять менее дорогие и, следовательно, обладающие большим разбросом номиналов компоненты. А ошибку линейности на выходе будут стараться скорректировать за счет входного сигнала. Казалось бы, ничего страшного? Но усилители имеют цифровые I/Q-входы и ВЧ-выход, поэтому создание матрицы поправок порождает проблему междоменного измерения.
Необходимые для повышения линейности усилителя цифровые предыскажения требуют обычно создания и измерения сигналов, полоса которых в 3-5 раз превышает полосу пропускания самого линеаризируемого усилителя. Воздействующий сигнал создается в специальной программе, а затем загружается в ВЧ-генератор и подается на усилитель. Выходной сигнал усилителя регистрируется анализатором сигнала и сравнивается с нужным сигналом для создания матрицы предыскажений. Затем предыскаженный сигнал подается на усилитель, после чего проверяется его выходной сигнал.
На рис. 2 показан пример системы, предназначенной для определения матрицы поправок.
А вот еще один пример. Операторы разворачивают сотовые сети 4-го поколения на основе стандартов 3GPP LTE. Один из способов улучшения обслуживания, особенно на границах соты, заключается в применении метода, известного как формирование диаграммы направленности базовой станции. Формирование диаграммы направленности больше всего подходит варианту LTE, использующему дуплексный режим с временным разделением каналов (TDD), когда восходящий и нисходящий каналы работают на одинаковой частоте. При этом метод формирования диаграммы направленности использует шаблоны помех, возникающие при передаче одного и того же сигнала из двух и более пространственно разнесенных точек.
Применяя для передачи и приема на базовой станции (eNB) линейную антенную решетку и тщательно контролируя весовые коэффициенты амплитуды и фазы, применяемые к каждому элементу антенной решетки, система изменяет диаграмму направленности в режиме реального времени, фокусируя передаваемую энергию и повышая чувствительность приема в направлении конкретного мобильного устройства. При этом также минимизируются помехи от устройств, взаимодействующих с соседними базовыми станциями.
Оптимальный выбор диаграммы направленности в нисходящем канале в первую очередь опирается на знание положения абонентского устройства в пределах соты. Обычно базовая станция оценивает оптимальные весовые коэффициенты путем прямого измерения принимаемого в восходящем канале сигнала помех, наблюдаемого в приемной антенной решетке базовой станции. Затем эта информация может использоваться для расчета угла прихода в восходящем канале, а также для разложения характеристической матрицы канала.
На рис. 3 показана базовая станция eNBl, взаимодействующая с целевым устройством UE1, причем во время передачи eNBl использует формирование диаграммы направленности для максимального повышения мощности сигнала в направлении UE1.
В то же время eNBl пытается минимизировать помехи для устройства UE2, направляя нулевой вектор мощности в его сторону. Аналогичным образом базовая станция eNB2 использует формирование диаграммы направленности для максимального улучшения приема собственного передаваемого сигнала в направлении UE2, одновременно минимизируя помехи для UE1.
Как убедиться, что вновь разработанное оборудование работает нормально? Одна из основных проблем тестирования формирования диаграммы направленности заключается в необходимости измерения и визуализации характеристик сформированного сигнала, подаваемого на антенную решетку, для проверки точности калибровки антенны и корректности алгоритма взвешивания модулирующего сигнала.
Ключевым требованием для выполнения точных измерений является калибровка системы.
Процессом калибровки управляет мастер коррекции, предлагая пользователю подключить измерительный кабель канала 1 анализатора сигнала к первому выходному порту двунаправленного калибровочного ответвителя в точке ввода сигнала, которая обозначена пунктирной линией. Все межканальные измерения выполняются по отношению к каналу 1. Мастер подключения может охарактеризовать межканальную коррекцию, необходимую для компенсации измерений диаграммы направленности, выполняемых анализатором сигнала, для всех эффектов рассогласования, вносимых измерительными кабелями, разъемами, ответвителями и аттенюаторами.
С точки зрения разработчика, применение многоантенного формирования диаграммы направленности порождает специфические проблемы тестирования, включая потребность проверки, насколько корректно реализованы алгоритмы обработки модулирующего/демодулированного сигнала базовой станции, используемые для получения весовых коэффициентов формирователя диаграммы направленности. В этом случае приходится тестировать измерительные функции, встроенные в само сетевое оборудование, как в базовой станции, так и в мобильном устройстве. Разработка изделия и тестирование его на соответствие сетевым стандартам должны включать в себя возможность проверки этой функции в разных условиях работы. И снова отметим, что возможность применения результатов измерения и дальнейшее движение зависят от четкого понимания концепций, знания общего поведения системы и точного выполнения калибровки. Это сложная проблема, охватывающая поведение в реальном времени и в изменяющейся среде компонентов ВЧ-тракта, цифрового тракта модулирующего сигнала и вычислительной схемы. Успех оценивается по реакции абонентов: довольны ли абоненты (вы и я) работой своих новых телефонов или они собираются отправить их на свалку технологий и перейти к конкурентам?
Итак, осталось ли в сегодняшнем и завтрашнем мире место для "чистого радиоинженера"? Наверное, нет. Два приведенных примера демонстрируют необходимость более широкого понимания поведения системы, что вовсе не является исключением из правил при освоении новых технологий. Можно привести другие междоменные сценарии, например в авиационной электронике, автомобильной промышленности, в сфере защищенной связи и др. Если прежние поколения инженеров специализировались на какой-либо одной области (вычисления, цифровая обработка сигналов, логический анализ, ВЧ и т.п.), то инженерное мастерство, необходимое для создания современных устройств, выходит за эти простые рамки. Инженеры должны осмысленно учитывать взаимодействие рассматриваемых аспектов в нескольких областях тесно интегрированных технологий, составляющих основу жизни XXI века.
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #1, 2013
Посещений: 5209
Статьи по теме
Автор
| |||
В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
