כיצד בודקים מערכות תקשורת עבור "תקן בתנועה"?
17 מאי, 2011
למרות שתהליכי ההגדרה של תקן הדור הרביעי עדיין לא הסתיימו - מהנדסים יכולים כבר כעת לבדוק את התכנונים החדשים שלהם באמצעות התוכנות Agilent Signal Studio ו-Vector Signal Analysis של Agilent, התומכות בייצור ובניתוח של אותות תואמי תקן LTE-Advanced
למרות שתהליכי ההגדרה של תקן הדור הרביעי עדיין לא הסתיימו – מהנדסים יכולים כבר כעת לבדוק את התכנונים החדשים שלהם באמצעות התוכנות Signal Studio ו-Vector Signal Analysis של Agilent, התומכות בייצור ובניתוח של אותות תואמי תקן LTE-Advanced
למרות שתקן התקשורת למכשירים ניידים מהדור הרביעי מסוג Long Term Evolution של 3GPP נמצא עדיין בפיתוח, קצב ההתקנות של הרשתות נמצא בעיצומו, כאשר השלב הבא כבר קיבל את הכינוי LTE-Advanced. התקן החדש יספק קצב העברת נתונים מסחרר של 1Gbps, וצפוי לעמוד בדרישות ארגון התקשורת העולמי (ITU) המתייחסות לתקן תקשורת הרדיו של הדור הרביעי (IMT-Advanced).
תקן LTE-Advanced הושק לראשונה בדצמבר 2010 כחלק מתקן 3GPP Release 10, וכולל תכונות חדשות המשפרות את קצב השיא להעברת נתונים ואת הנצילות הספקטרלית להעלאה (Uplink), כולל צבירת נשאים (Carrier Aggregation), גישה משופרת ומרובת התקנים ל-Uplink ותמסורת בריבוי אנטנות (Advanced MIMO).
ריבוי תקנים
תכונות אלה מוסיפות מורכבות רבה לתקן LTE הקיים (מהדורה 8/9), המשלב ממילא מספר רוחבי פס של ערוצים, סכימות תמסורת שונות להעלאה והורדה, שני מצבי תמסורת (FDD ו-TDD) וכן טכנולוגיית MIMO. ראוי גם לזכור שהתקני LTE ו-LTE-Advanced יפעלו לצד מערכות סלולריות מהדור השני והשלישי במשך שנים רבות, ולכן נודעת חשיבות רבה לשיקולי ה-Interworking.
הטבלה שלהלן משווה בין ערכי היעד של קצב נתוני השיא והנצילות הספקטרלית עבור תקני LTE, LTE-Advanced ו-IMT-Advanced. יש לשים לב קצב השיא של 1Gbps הנדרש על-ידי ה-ITU, יושג במסגרת תקן LTE-Advanced באמצעות טכנולוגיית 4×4 MIMO ורוחבי פס גדולים בכ-70MHz בקירוב.
במונחי נצילות ספקטרלית, LTE מהדורה 8/9 נותן מענה לדרישת ITU עבור הדור הרביעי המתייחסת ל-Downlink בלבד (לא ל-Uplink). שיעורי השיא של הנצילות הספקטרלית ב-LTE-Advanced גבוהים במידה ניכרת מדרישות ה-ITU, והדבר משקף רצון להגיע לביצועי שיא משופרים במסגרת תקן ה-LTE. ערכי היעד הממוצעים של הביצועים קרובים יותר לדרישות ה-ITU.
תכונות חדשות במהדורה 10
התכונות שהושקו במסגרת מהדורה 10 משפרות ביצועים, אולם גם מציבות אתגרים חדשים בפני מפתחי רשתות והתקנים אלחוטיים.
צבירת נשאים (Carrier Aggregation )
היעד של 1Gbps ב-downlink מחייב שימוש ברוחבי פס גדולים מאלה המוגדרים כיום. כיום תקן ה-LTE תומך בערוצים ברוחב פס של עד 20MHz, וסביר להניח שהם לא מאפשרים להשיג שיפור משמעותי של הנצילות הספקטרלית ביחס ליעדי הביצועים הקיימים.
לכן נדרשת הגדלה של רוחבי הפס של הערוצים. תקן IMT-Advanced מגדיר את ערך התקרה העליון כ-100MHz, כאשר המינימום הצפוי הוא 40MHz. מכיוון שערך של 100MHz בספקטרום רציף אינו זמין עבור רוב המפעילים, ה-ITU מתיר יצירת רוחבי פס גדולים יותר דרך צבירת נשאי רכיבים רציפים ושאינם רציפים.
לפיכך, כאשר מדובר בציוד משתמש (CPE) התומך במקמ"שים מרובים (למשל, טלפונים חכמים), ניתן להוסיף ספקטרום מתחום תדרים אחד לספקטרום של תחום תדרים אחר. דוגמאות לצבירה רציפה ושאינה רציפה מופיעות באיור 1. צבירת הנשאים מציבה קשיים משמעותיים בפני ה-UE, אשר נדרש להתמודד בו-זמנית עם מקמ"שים מרובים. השימוש במשדרים מקבילים שאינם רציפים לייצור סביבת רדיו הוא מאתגר במיוחד, במונחי ניהול spurs וחסימה עצמית.
שיפור ה-Uplink Multiple Access
ה-uplink הקיים של תקן ה-LTE מבוסס על טכנולוגיית SC-FDMA, ר"ת של Single-Carrier Frequency Division Multiplexing, טכנולוגיית איפנון רבת עוצמה המשלבת היבטים רבים של אפנון ה-OFDM, ר"ת של Orthogonal Frequency Division Multiplexing ביחד עם Peak-to-Average Power Ration הנמוך של מערכת נשא יחיד. עם זאת, טכנולוגיית SC-FDMA מבצעת הקצאת נשאים לרוחב בלוק ספקטרום רציף וכך מאפשרת תיזמון נשאים שהינו frequency-selective, לביצועי link משופרים. בנוסף, ניתן לתזמן את ה-PUCCH וה-PUSCH יחד, להשגת זמני תגובה קצרים יותר.
טכנולוגיית SC-FDMA מבוססת אשכולות תסייע במתן מענה לדרישות הנצילות הספקטראליות uplink, תוך שמירה על תאימות לאחור עם תקן ה-LTE הקיים. הטכנולוגיה מגדילה אמנם את ה-PAPR ועלולה לגרום לבעיות ליניאריות של המשדר, ובנוסף, הימצאותם של אותות מרובי נשאים מגדילה את הסיכוי להיווצרות אותות spur בערוצים ובערוצים סמוכים.
Advanced MIMO
כדי לשפר את קצבי השיא של הנתונים למשתמש יחיד ולעמוד בדרישות הנצילות הספקטרלית, מגדיר תקן LTE-Advanced עד 8 משדרים ב-downlink (וגם 8 מקלטים ב-UE) וכך מאפשר ריבוב מרחבי 8×8 ב-downlink. ה-UE תומך בעד 4 משדרים, וכך מאפשר תמסורת של 4×4 ב-uplink, בשילוב ארבעת המקלטים שבתחנת הבסיס.
טכנולוגיית MIMO מגדילה את מספר האנטנות במערכת, כאשר אנטנות ה-MIMO מחייבות דה-קורלציה. אחד מהאתגרים המשמעותיים ביותר טמון בתהליך התכנון של אנטנות multiband MIMO תוך השגת דה-קורלציה נאותה, שתאפשר פעולה במרחב המצומצם של ה-LTE-Advanced UE. מכיוון שנדרשות שיטות חדשות לחיזוי הביצועים בפועל של טרמינלי MIMO במסגרת רשתות פעילות, ה-3GPP בוחן דרכים שיאפשרו להחיל את בדיקות ה-Over The Air של ה-MIMO גם על תקן LTE-Advanced.
תכונות הנבדקות עבור מהדורה 10 והמהדורות שלאחריה
ה-3GPP בוחן תכונות נוספות, אשר ישלימו את תקן LTE-Advanced, אולם אינן תכונות הנחשבות כחיוניות לעמידה בדרישות ה-ITU.
CoMP-Coordinated multipoint
וריאנט MIMO זה מיועד להגביר את קצבי הנתונים, תפוקת ה-cell-edge ותפוקת המערכת. משדרי CoMP אינם נדרשים להיות ממוקמים בסמיכות פיזית זה לזה, אם כי הם מקושרים באמצעות חיבור נתונים מהיר ויכולים לשתף את נתוני ה-payload.
Relaying
ממסרי ה-in-channel קולטים, מגבירים ומשדרים מחדש אותות downlink ו-uplink לצורך שיפור הכיסוי. ממסרים מתקדמים יותר מאפשרים שימוש ב-subframes במסגרת הערוץ, לצורך העברה של תעבורת backhaul. השימושים העיקריים בממסרים הללו הם: שיפור תפוקת הנתונים בסביבה אורבנית ובתוך מבנים, הוספת כיסוי של אזורים "מתים" והרחבת הכיסוי באזורים כפריים.
הצעות נוספות:
טכנולוגיות עתידיות צפויות לתמוך ברשתות אשר ייעשו הטרוגניות יותר וישלבו תאים ברמות שונות: macro, micro, pico- ו- femtocells, לצד משחזרים (repeaters) ותחנות מעבר (relay nodes). כיום מפותחות שיטות מתקדמות לניהול משאבי רדיו, כולל תכונות SON (רשת במיטוב עצמי). מפרטי ה-LTE-Advanced ממשיכים לפתח femtocells ותחנות בסיס ביתיות (eNBs) כאמצעי לשיפור נצילות הרשת והפחתת עלויות התשתית.
אתגרי הבדיקה
תקן ה-LTE-Advanced מגדיל משמעותית את מורכבות המערכת וההתקנים. עם זאת, מפעילי הרשתות האלחוטיות שואפות לשפר את הנצילות הספקטרלית, לצד הגידול בהיקף תעבורת הנתונים, הדוחף את המפעילים להשיג קצבי תמסורת מירביים.
פרסום מפרטי ה-LTE-Advanced ממריץ את המפתחים לחקור את תכונות הביצועים החדשות והדבר בתורו מעודד את יצרני הצב"ד לשפר את מוצריהם באמצעות הוספת יכולות מדידה חדשות. דוגמה טובה לכך היא ספריית ה-LTE-Advanced של Agilent Technologies, אשר הועשרה לטובת המפתחים ומאפשרת להם לחקור תכנוני ייחוס מסוג 8×8 MIMO תואמי LTE-Advanced, שנבנו על בסיס ספריה של יותר מ-170 מודלים של baseband ומתקני בדיקות.
בדיקת תכנונים באמצעות תוכנה
מפתחי מערכות ואלגוריתמים יכולים לבדוק את תכנוניהם החדשים אל מול הסטנדרט, ואף להוריד וקטורי בדיקה ישירות אל המכשירים לצורך אימות תוכנה מוקדם ורציף.
תוכנות Agilent Signal Studio ו-Vector Signal Analysis תומכות בייצור ובניתוח של אותות תואמי תקן LTE-Advanced, ומותאמות לגל הפיתוח הבא. מהנדסי התכנון יכולים לאפיין בצורה מלאה נשא יחיד או עד 5 נשאים צבורים במקביל, תוך הגדרת הפרמטרים והצגת המדידות עבור כל אחד מהם (איור 2).
ה-uplink המשופר מאפשר למהנדסים ליצור ולנתח SC-FDMA מבוסס אשכולות וכן תמסורת בו-זמנית של אותות בקרה (PUCCH) ונתונים (PUSCH). יכולות אלה מאפשרות למהנדסים להתחיל בבדיקת יישומי השכבה הפיזית של תקן LTE-Advanced בהתקניהם כבר היום. התקדמות תקן LTE-Advanced לאורך מחזור החיים הטכנולוגי תלווה בהמשך הפיתוח של כלי מדידה בעלי יכולות חדשות, אשר יותאמו לבדיקות תאימות, ייצור ופריסה.
לשרטוטים וגרפים באיכות הדפסה: Challenges of LTE-Advanced
פורסם בקטגוריות: חדשות , צב"ד , ציוד בדיקה
כתבות נוספות העשויות לעניין אותך
