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Mimo-Anwendungen erfolgreich testen

20. Juni 2008, 0:00 Uhr | funkschau sammeluser

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Mimo-Modi für optimale Übertragungsqualität

Die Anforderungen an die Kapazität von Mobilfunk- und anderen Funknetzen steigen stetig. Daher setzen immer mehr Standards auf die Mimo-Technologie (Multiple input multiple output). Durch den gleichzeitigen Einsatz mehrerer Sende- und Empfangsantennen lässt sich die Datenrate steigern und eine höhere Übertragungsqualität sicherstellen. Man nutzt dafür die Mehrwegeausbreitung. Während sie bei früheren Funkstandards eher störend war, verbessert bei Mimo jeder zusätzliche Weg zwischen Sender und Empfänger das Signal/Rausch-Verhältnis. Im Standard 802.16e-2005 (mobiles Wimax) sind für 2- und 4-Antennen-Systeme verschiedene Mimo-Modi definiert.

Man unterscheidet zwischen räumlicher Diversität (STC = Space Time Coding) und echtem Multiplexing (True Mimo). Bei STC wird auf beiden Antennen die gleiche Information gesendet, lediglich mit unterschiedlicher Kodierung. Dies erhöht das Signal-Rausch-Verhältnis und somit die Reichweite des Systems. Der Datendurchsatz erhöht sich durch die bessere Signalqualität allerdings nur indirekt. Dieser Betriebsmodus wird als Matrix A bezeichnet, die Kodierung erfolgt nach dem Alamouti-Verfahren. Bei „True Mimo“ (Matrix B) werden unterschiedliche Datenströme auf beiden Antennen gleichzeitig gesendet. Damit verbessern sich Durchsatz und Bandbreiteneffizienz. In beiden Modi enthalten die Datenströme der beiden Sendeantennen Pilotsequenzen. Sie werden in Abhängigkeit von der verwendeten Antenne auf unterschiedlichen Frequenzen beziehungsweise Trägern gesendet und stören sich somit nicht gegenseitig. Der Empfänger kann die unterschiedlichen und von verschiedenen Antennen ausgesendeten Datenströme anhand der Pilotsequenz trennen und eindeutig zuordnen.

Bild 1 zeigt die typische Struktur eines Wimax-Mimo-Signals mit zwei Antennen. Die von Antenne 0 und 1 ausgesendeten Signale weisen eine unterschiedliche Zeitstruktur auf. Die erste Zone, eine DLPUSC-Zone mit Präambel, wird immer von Antenne 0 übertragen – an Antenne 1 wird kein Signal ausgegeben. In der darauf folgenden Zone senden beide Antennen das Mimo-Signal aus. Wenn die Signale beider Antennen von einem Analysator erfasst werden, kann die Präambel von Antenne 0 zur Synchronisation verwendet und die Dekodierung gestartet werden. Der Betriebsmodus True Mimo dagegen erfordert zwei Analysatoren oder zumindest zwei HF-Empfangspfade. Dadurch können sich die Kosten für Messgeräte stark erhöhen. Um die Kosten besonders in der Produktion niedrig zu halten, sollte sich das Analyseinstrument auch auf Antenne 1 aufsynchronisieren können, obwohl auf diesem HF-Pfad keine Präambel ausgesendet wird. In diesem Fall ist ein Analysator ausreichend. Die beiden Antennen lassen sich nacheinander charakterisieren.

Im Uplink wird das so genannte „kollaborative Mimo“ eingesetzt. Es ist ähnlich wie der Betriebsmodus Matrix B. Anstelle von zwei Antennen an einem Sender können zwei Teilnehmer mit je nur einer Antenne auf derselben Frequenz senden. Das Uplink-Signal enthält überhaupt keine Präambel.

Messungen an Wimax-Mimo-TX-Anwendungen

Zur Messung von Mimo-Anwendungen ist es erforderlich, die Algorithmen der Wimax-Analysesoftware anzupassen. Viele Messanwendungen zur Verifikation oder in der Produktion sollen in erster Linie herausfinden, ob die gesendeten Signale dem Standard entsprechen und die physikalischen Eigenschaften innerhalb der definierten Grenzen liegen. Dazu müssen die verschiedenen Antennenpfade nicht gleichzeitig vermessen werden. Sie sind nacheinander untersuchbar, wodurch ein Analysator für diese Anwendung ausreicht. Am Gerät wird die Antennenverbindung (0 oder 1) und der Betriebsmodus (DL-PUSC Matrix A oder B) eingestellt, der bei der Datenübertragung verwendet wird. Die Ergebnisse für den jeweiligen Antennenpfad sind in Tabellenform gelistet oder als Grafik dargestellt.

Messungen während der Entwicklungsphase und bei Abnahmeprüfungen erfordern wesentlich umfassendere Ergebnisse. Zur vollständigen Reproduzierung der Daten im Sendesignal oder zur Analyse des Übersprechens zwischen den Antennen sind gleichzeitige Messungen an beiden Antennen notwendig (Bild 2). Im Betriebsmodus Matrix A genügt dafür ein Signalanalysator. Die Sendeantennen werden gemeinsam auf den Analysatoreingang geschaltet (Miso – Multiple input single output). Eine spezielle Kodierung ermöglicht, die Signale wieder zu trennen und die Daten vollständig zu demodulieren. Beide Kanäle können vermessen werden (Bild 3). Im Betriebsmodus Matrix B erfordert diese Messung jedoch zwei Analysatoren, um die Kanalmatrix H zu berechnen und das Signal zu demodulieren (Bild 2). Die Rohde&Schwarz-Lösung beispielsweise verwendet einen Spektrumanalysator mit Wimax-Option als Master. Ein zweiter dient als Slave. Der zweite Analysator wird vom ersten angesteuert und erfasst lediglich die Daten. Der Master errechnet dann die Ergebnisse.