Многоканальный анализ сигналов и средства для его проведения

В стандарте 5G увеличены требования к обработке параллельных потоков данных, что сделало задачу многоканального анализа сигналов еще актуальнее и породило новые технические решения. В базовых станциях системы связи пятого поколения (5G) диапазона FR1 применяются антенные решетки (MIMO), что позволяет одновременно обслуживать большое количество пользователей с параллельными потоками данных.

Поддержка большого числа активных антенных элементов как для передачи, так и для приема является ключевой особенностью систем 5G по сравнению с системами 4G. На высоких частотах антенные решетки в основном используются для формирования луча и, как следствие, увеличения покрытия соты, в то время как на более низких частотах они обеспечивают функции пространственного разнесения передачи для снижения интерференции, а также могут быть использованы для осуществления одновременного обслуживания нескольких абонентских устройств.

При разработке активных систем многоэлементных MIMO-антенн возникают типовые помехи, которые влияют на целевые диаграммы направленности луча: эти помехи обусловлены допусками фазовращателей, дрейфом частот, тепловым воздействием усилителей мощности и т.д. Для обнаружения подобных проблем удобно пользоваться современным оборудованием, которое позволяет проводить многоканальный фазо-когерентный анализ квадратурных сигналов, а также проводить многоканальный анализ нестационарных сигналов в режиме реального времени.

Эффективным решением данной задачи является цифровой осциллограф серии MXR от компании Keysight Technologies, который позволяет выполнять спектральный анализ сигналов с использованием до 8 фазово-когерентных каналов одновременно

Ключевыми особенностями прибора является возможность проведения анализа спектра в реальном времени и функция цифрового преобразования с понижением частоты в полосе до 2 ГГц на всех каналах.

Наличие 8 фазово-когерентных каналов и низкой погрешности встроенного опорного генератора (±8·10-9) позволяет проводить на данном приборе настройку фазовращателей многокональных систем с учетом дрейфа частоты и тепловыми эффектами.

Как правило, современные цифровые осциллографы разных производителей имеют стандартную функцию быстрого преобразования Фурье (БПФ) для проведения спектрального анализа. Современные и будущие способы передачи данных ставят под сомнение эффективность стандартного БПФ благодаря таким технологиям, как скачкообразное изменение частоты, сигналы с распределенным спектром, импульсные сигналы и когнитивное радио.

Стандартная функция БПФ осуществляет до 1000 преобразований в секунду, и при этом есть риск упустить важный сигнал. Анализ спектра в режиме реального времени использует перекрывающиеся БПФ и высокоскоростную память, а также обеспечивает до 400 000 преобразований в секунду со 100 % вероятностью захвата нестационарного сигнала.

Помимо стандартной функции БПФ, цифровые осциллографы серии MXR также имеют уникальную возможность проведения многоканального анализа спектра нестационарных сигналов в реальном масштабе времени. Ранее возможность анализа спектра в реальном времени была доступна только для анализаторов сигналов высшего класса по одному измерительному каналу.

Встроенные возможности осциллографа позволяют отобразить на экране и провести анализ спектра в режиме реального времени данных, полученных с помощью цифрового преобразования с понижением частоты, либо экспортировать их в программное обеспечение PathWave Vector Signal Analysis для последующих измерений и демодуляции.

Режим цифрового преобразования с понижением частоты позволяет существенно сократить требуемую частоту дискретизации для оцифровки исследуемого сигнала и тем самым увеличить максимальное время записи. Максимальная полоса цифрового преобразования с понижением частоты составляет 2,16 ГГц на всех каналах, полоса анализа – до 320 МГц. Центральные частоты в режиме спектрального анализа в режиме реального времени и в режиме преобразования с понижением частоты соответствуют частотному диапазону осциллографа (либо составляют 6.3 ГГц с опцией частотного расширения), что полностью соответствует задачам тестирования устройств 5G диапазона F1.