Mimo-Anwendungen erfolgreich testen

Mimo verspricht bei Wimax deutlich höhere Datenraten und verbessert die spektrale Effizienz. Gleichzeitig stellt es aber neue Herausforderungen an die Messtechnik – in Entwicklung, Zertifizierung und Produktion gleichermaßen.

Von Dr. Wolfgang Wendler

Die Grundlage für kommerzielle, stationäre Wimax-Anwendungen (Worldwide Interoperability for Microwave Access) bildet das OFDM-Mehrträgerverfahren (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Im Gegensatz zu Einzelträgerverfahren besteht ein OFDM-Signal aus einer Vielzahl von Trägern, die orthogonal zueinander angeordnet und einzeln moduliert sind. Die Datenübertragung erfolgt parallel; die Symboldauer ist daher bei gleicher Übertragungsrate wesentlich länger als bei Einzelträgerverfahren. Dies reduziert in erheblichem Maße Störungen, die durch die Überlagerung aufeinander folgender Symbole hervorgerufen werden, und erweist sich damit als sehr vorteilhaft bei Mehrwegeausbreitung. Die Modulation wird jeweils an die Übertragungsbedingungen angepasst. Als Modulationsverfahren kommen BPSK, QPSK, 16QAM und 64QAM zum Einsatz.

Für mobile Anwendungen wird das erweiterte OFDMA-Verfahren (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) verwendet. Während bei OFDM alle Teilnehmer nacheinander bedient werden, kann OFDMA mehrere Teilnehmer gleichzeitig ansprechen. Dabei werden mehrere physikalische Träger in Subkanälen zusammengefasst und jedem Teilnehmer je nach benötigter Bandbreite eine bestimme Anzahl von Subkanälen zugewiesen. In Downlink-(DL) und Uplink-Maps (UL) ist festgelegt, welche Kanäle zu welchen Zeiten welchen Teilnehmern zugeordnet sind. Die Zuordnung der physikalischen Träger zu den Subkanälen erfolgt über Permutationsalgorithmen (DL-PUSC, DL-FUSC, UL-PUSC), die sich zeitlich ändern und dadurch unterschiedliche Zonen definieren können.

Ein Wimax-OFDMA-Signal entsprechend dem Standard IEEE 802.16e-2005 beginnt mit einer Präambel, die dem Empfänger eine Zeit- und Frequenzsynchronisierung sowie eine grobe Kanalschätzung ermöglicht. Gemäß dem Standard ist die erste Zone nach der Präambel eine PUSC-Zone. Sie kann in bis zu drei Segmente aufgeteilt werden, was die Signalübertragung an bis zu drei Basisstationen gleichzeitig ermöglicht. Alle Empfänger müssen in der Lage sein, diese Zone zu dekodieren. Sie enthält nämlich die Information über die gesamte Signalstruktur.

Die Entwicklung vollständiger Wimax-Anwendungen und -Komponenten erfordert eine genaue Untersuchung der HF-Eigenschaften. Die meisten Spektrumanalysatoren sind jedoch nicht in der Lage, die Modulationsqualität eines Wimax-Signals (OFDM/OFDMA) zu beurteilen. Die Qualität ist aber von entscheidender Bedeutung, um hohe Datenraten sicherzustellen. Das gesamte Signal muss erst erfasst und demoduliert werden. Dafür ist ein Signalanalysator mit großer Demodulationsbandbreite von mindestens 28 MHz erforderlich. Zudem sollte er über einen extrem großen Aufnahmespeicher verfügen, der eine Aufzeichnungsdauer über 10 ms – eine typische Rahmenlänge eines Wimax-Signals – verarbeiten kann. Nach der Signalerfassung können die I/Q-Daten zur weiteren Analyse an einen externen Rechner übertragen werden. Für viele Anwendungen ist es jedoch vorteilhafter, wenn die Daten direkt im Signalanalysator ausgewertet werden. Dadurch lassen sich der Testaufbau vereinfachen und kürzere Messzeiten erzielen. Für einen Großteil moderner Analysatoren stehen spezielle Wimax-Optionen zur Verfügung.

Zu Beginn der Messung muss der Anwender neben Frequenz und Aufnahmelänge auch die Bandbreite und die Länge des Schutzintervalls definieren. Diese Parameter sind bei Wimax-Signalen variabel. Moderne Signalanalysatoren erkennen die Modulationsart dann automatisch. Bei mobilen Anwendungen kann dabei beispielsweise die DL-Map decodiert und für die Demodulation verwendet werden. Die DL- Map enthält eine genaue Beschreibung der Modulation der verschiedenen Träger zu jedem Zeitpunkt. So kann der Anwender DL-Signale messen, ohne die DL-Map zu kennen oder eingeben zu müssen. Die Messung von Sendesignalen vereinfacht sich dadurch enorm.

1. Mimo-Anwendungen erfolgreich testen
2. Mimo-Modi für optimale Übertragungsqualität