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Keithley Misure MIMO WiMax

Nel passaggio dal formato WiMAX a canale singolo a quello a più canali è necessario affrontare specifiche problematiche in fase di collaudo.

*Mark Elo è RF Marketing Director di Keithley Istruments

La tecnologia radio commerciale sta vivendo un momento di transizione, del tutto simile a quello che è avvenuto nel passaggio dal mondo analogico a quello digitale.

Dalle tecnologie a portante singola, che prevedono la trasmissione di un simbolo digitale alla volta, si sta passando a nuove metodologie in grado di trasmettere, almeno dal punto di vista teorico, centinaia di simboli simultaneamente.

Questo cambiamento è in larga misura ascrivibile da un lato alla richiesta da parte degli utilizzatori di un numero sempre maggiore di servizi mobili e dall’altro alla continua diminuzione dei prezzi dei DSP, elementi necessari alla diffusione di sistemi wireless broadband a elevata ampiezza di banda. Questa tecnologia può ora essere impiegata in un’ampia gamma di dispositivi di comunicazione tra cui telefoni mobili, PDA e laptop.La nuova tecnologia multi-portante è stata integrata in un gran numero di protocolli di comunicazione, tra cui WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access). Da più parti WiMAX è considerata come l’agognato “ultimo miglio” per l’accesso wireless a larga banda e una valida alternativa alle tecnologie DSL e via cavo. Il passaggio a WiMAX, comunque, non pone problemi solamente a livello di progettazione, ma anche a livello di collaudo che sono tipici del formato WiMAX multicanale.

La tecnologia WiMAX

 

Basato sullo standard IEEE 802.16, WiMAX prevede due versioni: fissa e mobile.

 

La prima, sotto alcuni aspetti, è simile alla tecnologia WLAN e utilizza la modulazione OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). WiMAX mobile, invece, prevede l’uso della tecnologia OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access).

 

Analisi costellazione segnale WiMax

 

Essa sfrutta sia la multiplazione a divisione di frequenza sia quella a divisione di tempo. I gruppi di sottoportanti rappresentano i singoli flussi di dati e le comunicazioni – sia uplink che downlink – possono anche sfruttare tecniche a divisione di tempo.

 

A causa dell’incremento della complessità dei segnali, le misure ad alta velocità rivestono una particolare criticità. Le elevate velocità di misura rese possibili dalla presenza di strumenti basati su DSP ad alte prestazioni permettono di ridurre i costi di test grazie all’incremento del throughput e alla diminuzione del time-to-market.

 

L’utilizzo di strumenti in grado di garantire elevati livelli di precisione e ripetibilità assicura la realizzazione di prodotti di elevata qualità e ottimizza i rendimenti in fase di produzione. Si tratta di un requisito irrinunciabile in presenza di strutture di segnali OFDM e MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) particolarmente complesse.

Collaudo dello standard WiMAX Wave 2 multi canale 

Gli attuali dispositivi radio utilizzano una configurazione SISO (Single-Input Single-Output) che prevedono la presenza di un ricevitore e un trasmettitore e l’invio dell’informazione su un singolo canale di dati. Si tratta di un tipico set up WiFi che prevede l’utilizzo in ogni momento di una radio e di una antenna. Le antenne vengono commutate su base continuativa per individuare il miglior percorso possibile del segnale e vi è un solo un flusso di dati e un solo canale dati alla volta.

 

La ricezione e la trasmissione di più segnali contribuisce ad aumentare il grado di complessità. A seconda della configurazione della radio – di tipo Matrice A o matrice B – è possibile incrementare il grado di copertura o il throughput in termine di trasmissione dati utilizzando la stessa ampiezza di banda come una singola portante. Il problema principale dal lato ricevitore è scomporre il segnale misto in due segnali indipendenti o flussi.

 

Forse il problema più importante a livello di collaudo coinvolge la sincronizzazione. La trasmissione di più segnali richiede un’accurata sincronizzazione di più canali nei confronti dell’allineamento di campionamento e di fase. Ciò implica che i generatori e gli analizzatori di segnali devono garantire un allineamento preciso al fine di garantire misure accurate e ripetibili.

 

Per molti ingegneri di collaudo, un problema di notevole entità è la capacità di passare senza problemi dal collaudo su un canale a quello su più canali. La scelta di strumenti capaci di garantire una transizione semplice e senza problemi attraverso le configurazioni MIMO - matrice A, B e persino C, la configurazione massima 4x4  - può contribuire in maniera significativa alla riduzione dei costi di collaudo. Un altro aspetto da tenere in considerazione è la disponibilità o meno di un percorso evolutivo che vada oltre la configurazione 4x4.

 

Un ulteriore fattore da tenere in considerazione è riuscire a garantire un basso costo di test per canale senza per questo penalizzare le prestazioni, in particolar modo per quel che concerne l’isolamento del canale. Si tratta di un aspetto importante perché le misure delle caratteristiche del canale è fondamentale per la verifica di ogni dispositivo MIMO.

 

L’apparecchiatura di test dovrebbe avere una risoluzione in ampiezza di 16 bit o superiore.

 

Anche la larghezza di banda merita qualche considerazione. Nel caso di WiMAX nella versione mobile la spaziature delle sottoportanti è fissa a 10,94 kHz.  Le dimensioni prevista per la FFT è compresa tra 128 e 2048 punti, il che significa che l’ampiezza di banda del segnale massima supererà i 20 MHz: di conseguenza, l’apparecchiatura di collaudo deve avere un’ampiezza di banda minima di 20 MHz. Nel caso di WLAN, è consigliabile un’ampiezza di banda di 40 MHz.

 

La semplicità di utilizzo è un aspetto spesso trascurato ma ugualmente importante. Durante il debug di radio complesse, una visualizzazione di semplice e immediata comprensione rappresenta un elemento essenziale, specialmente nel caso si abbia a che fare con più segnali.

 

Andando oltre il diagramma a costellazione, gli utenti devono poter vedere il comportamento della qualità della modulazione in funzione del tempo e delle sottoportanti. Essi inoltre devono esaminare la risposta della radio al cambiamenti del canale, specialmente in presenza di differenti modelli di canale multi-cammino. 

 

 

Simulazione multicanale MIMO per sistemi WiMax

Un gran numero di misure chiave per segnali MIMO 802.11n sono indispensabili anche per il collaudo di WiMAX Wave 2 tra cui EVM (Error Vector Magnitude), sia composito sia a livello di singolo flusso, la risposta del canale e la piattezza delle sottoportanti per ciascun flusso.

 

Anche il beamforming presenta numerose problematiche di collaudo. Con il termine beamforming si fa riferimento a una tecnica che permette di aumentare la sensibilità del ricevitore in presenza del segnale desiderato e diminuire la sensibilità in presenza di fenomeni di interferenza e rumore. Ciò e reso possibile dalla generazione di una serie di fasci e nulli nel segnale trasmesso.

 

Le apparecchiature di test per il beamforming devono essere quindi in grado di effettuare regolazioni di ampiezza e fase finite.

 

Gli strumenti per il test RF della prossima generazione devono quindi essere in grado di soddisfare le esigenze dei progettisti e dei produttori di dispositivi che stanno adottando le attuali tecnologie wireless e prevedono di utilizzare quelle di prossima introduzione, frutto della continua evoluzione degli standard di comunicazione che diventano via via più complessi.

 

Per questo motivo i produttori di strumenti per il test RF stanno realizzando piattaforme avanzate che sfruttano tecnologie RF allo stato dell’arte e DSP a elevata velocità, oltre ad architetture SDR (Software-Defined Radio).

 

Queste strumenti di nuova generazione garantiscono la precisione di misura necessaria ad assicurare un’elevata qualità dei prodotti e alte rese in fase di produzione, oltre a consentire di aumentare la velocità di test e diminuire i costi delle apparecchiature, elementi indispensabili per abbassare il costo complessivo del collaudo.

 

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