Технология 5G: как оценивают качество каналов связи MIMO?

Сотовые операторы во всем мире активно присматриваются к сетям пятого поколения. Коммерческая эксплуатация ожидается не раньше 2018 — 2020 годов. Компания Huawei вместе с японским оператором связи NTT docomo уже испытали в полевых условиях связь 5G и на частотах ниже 6 ГГц им удалось добиться скорости передачи данных в 3,6 Гбит/с. Согласно официальным документам 5G максимально возможная скорость составляет до 20 Гбит/с.

В России уже два оператора связи объявили о начале переговоров о создании пилотной зоны сетей пятого поколения. МТС и Ericsson начнут движение в этом направлении в 2016 году в частотном диапазоне 5 ГГц, ведь для его использования разрешений не требуется, если работа ведется внутри помещений. Одновременно будет проведено тестирование технологии Ericsson Lean Carrier, позволяющей эффективно распределять сигнальный трафик между сотами. Также будет проведена демонстрация новых интерфейсов для подключение различных устройств к интернету (M2M): EC-GSM (Extended Coverage GSM), LTE-M (LTE Machine) и NB-IoT (Narrow band LoT LTE based).

Интересно, что технические требования к 5G еще не сформированы - Международный союз электросвязи определит их только в 2019-2020 гг. Но уже ожидается, что в итоге для 5G будут выделены диапазоны свыше 6 ГГц, которые еще не заняты существующими технологиями. В 2017 г. МТС и Ericsson запланировали создание тестовой зоны 5G в диапазоне 15 ГГц. Стороны ожидают, что регулятор выделит им частоты в данном диапазоне. А в 2018 г. планируется организовать тестовую зону 5G в местах проведения Чемпионата Мира по Футболу.

Так как частотные диапазоны являются стандартными и в большинстве своем покрываются существующими решениями на рынке, то производители тестового оборудования уже выпустили специализированное программное обеспечение к своим анализаторам сигналов и спектра. Например, компания Rohde & Schwarz разработала решение, которое позволяет оценить спектр сигнала 5G. Решение состоит из анализатора спектра и сигналов FSW, векторного генератора сигналов и нового программного обеспечения R&S TS-5GCS. Пользователи могут выбрать требуемые модели генератора и анализатора из линейки приборов, принимая во внимание требуемый частотный диапазон.

Технология MIMO будет использоваться и в сетях 5G, но при этом если в 4G используется MIMO 2x2, то в технологии 5G число антенн должно увеличиться. Эта технология имеет сразу два весомых аргумента для применения: скорость передачи данных возрастает практически пропорционально количеству антенн, при этом качество сигнала улучшается за счет приема сигнала сразу несколькими антеннами. Технические специалисты при тестировании сетей пятого поколения должны иметь возможность измерения импульсной характеристики канала MIMO (зондирование канала), что  является основной задачей при измерении канала MIMO.  Полученные данные измерений в дальнейшем используют при моделировании канала MIMO.

Процесс зондирования канала дает возможность оценить характеристики канала передачи или канала мобильной радиосвязи при установлении передачи данных (Channel sounding). Это достаточно сложный процесс, который потребует точного оборудования синхронизированного по времени, работающего в миллиметровом частотном диапазоне.

Чтобы измерить параметры радиоканала  MIMO необходимо обеспечить синхронизацию передатчика и приёмника измерительной установки для зондирования канала. Для обеспечения синхронизации применяются следующие методы:

• синхронизация по кабельному соединению - данный метод используют при проведении измерений внутри помещений;
• синхронизация по принимаемому сигналу - простой способ, но подвержен большому влиянию помех и искажений в канале, имеет низкую точность;
• синхронизация по сигналам GPS — приёмники GPS позволяют использовать стандартные сигналы PPS или 10 МГц в качестве опорных сигналов для синхронизации;
• использование высокостабильных опорных генераторов, например, на основе рубидия. Рубидиевые генераторы синхронизируются на начальном этапе перед проведением измерений и сохраняют высокую стабильность частоты в течение нескольких часов.

Характеристики радиоканала зависят от множества параметров, например: потери, отражения, поглощения, множественное распространения радио сигнала, эффект Доплера и т.д. Измерение импульсных характеристик канала проводится по корреляционному принципу. Векторный генератор сигналов используется в качестве источника сигнала для зондирования канала и формирует тестовый псевдослучайный сигнал с хорошими корреляционными свойствами, а анализатор сигналов и спектра FSW выступает в роли приемника. Приложение TS-5GCS работает на основе MATLAB и напрямую получает сигнал с портов ввода и вывода FSW, в результате чего вычисляется комплексная импульсная характеристика канала. Результат корреляции сигналов отображается графически.

Программное обеспечение  TS-5GCS имеет встроенную библиотеку различных типов зондирующих сигналов для эффективного выполнения анализа и моделирования канала передачи данных в сетях 5G.

Всегда на связи, Игорь Панов

См. также:

• Какие функциональные возможности должны быть у решения для мониторинга производительности сети?
• Что такое Network Performance Monitoring (NPM)?
• Перехват паролей с помощью Wireshark