רוב חברות התשתית הסלולרית ברחבי העולם נמצאות בתהליך מעבר לטכנולוגיית LTE, הדור הבא בטכנולוגיית הרדיו שמתוכנן להגדיל את הקיבולת והמהירות של הרשתות הניידות. טכנולוגיית LTE משתמשת בטכניקות של ריבוי אנטנות כגון ריבוב מרחבי, עיצוב אלומה (beamforming), וגיוון שידור (transmit diversity), לצורך תמיכה בקצבי שידור גבוהים יותר ובשיפור הכיסוי. טכניקות אלו מעמידות אתגרים בפני מהנדסים וטכנאים של תחנות הבסיס לגבי ביצוע מדידות בסיסיות כדוגמת איכות האפנון. חיבור מכשיר המדידה ישירות למשדר מאפשר לעקוף את האתגרים האלה, אך בשיטה זו גלומות בעיות כגון הזמן הנוסף שהיא דורשת והצורך להפסיק את השידור.
בה בעת מופעל לחץ על מפעילי הרשתות להקטין את העלויות, במקביל לשיפור איכות הרשתות. מדידה אלחוטית (OTA) של איכות האפנון, עם בדיקות עובר/ נכשל, סריקה ובדיקת תפוקה, תאפשר לאמת במהירות את ביצועי מערכת eNodeB ברשת LTE ולאתר במהירות נקודות בעייתיות. השיטה המוצגת במאמר זה מבוססת על העובדה שערוצי בקרה אינם משתמשים בריבוב מרחבי או בעיצוב אלומה, מפני שעליהם לפעול בכל התא כולו, כולל בשוליו. המדידה לא מיועדת להחליף מדידות בחיבור ישיר מאחר שאלו מדויקות יותר ומקיפות יותר. עם זאת, מדידות אלחוטיות הן מהירות ונוחות יותר בהרבה, ולכן מספקות כלי רב ערך לאספקת שירות LTE ללא תקלות.
הטכנולוגיה של LTE מקדמת אותנו צעד אחד נוסף לכיוון דור רביעי של טכנולוגיות הרדיו ומתוכננת להגדיל את הקיבולת ואת המהירות של רשתות הטלפונים הניידים. היתרונות העיקריים שלה הם תפוקה גבוהה, זמן אחזור קטן, יכולת חיבור והפעלה (PnP), חוויה משופרת של משתמש הקצה וארכיטקטורה פשוטה, אשר כתוצאה ממנה מתקבלות עלויות הפעלה נמוכות. מגוון טכניקות של ריבוי אנטנות ממלאות תפקיד חשוב באספקת שיפורי ביצועים אלו. גיוון שידור משתמש באותות שמקורם בשני משדרים או יותר, עם רצפי נתונים זהים אם כי בקידוד שונה. כך מתאפשר להתגבר על ההשפעות של דעיכה, שהיא אחת המגבלות העיקריות במערכות אלחוטיות, במיוחד בשולי התאים, כאשר חוזק האות נחלש. ריבוב מרחבי משתמש בתקשורת אלחוטית של ריבוי כניסות וריבוי יציאות (MIMO) כדי לשדר אותות נתונים עצמאיים ובקידוד נפרד מכל אחת מבין כמה אנטנות שידור. מקלטים משתמשים במתמטיקה מטרציונית כדי להפריד בין שני רצפי נתונים ולפענח את הנתונים. שידור נתונים בריבוי רצפים במקביל משפר את רוחב הפס אבל דורש יחס אות לרעש גבוה באופן יחסי. עיצוב אלומה משתמש בתבניות של התאבכויות בונות והורסות בחזית הגל כדי להגדיל או להקטין את האות באזורים מסוימים ובכך לשפר את יחס אות לרעש במקלט תוך כדי הקטנת ההתאבכות.
האתגר של מדידות איכות אפנון ברשת LTE
שיטות של ריבוי אנטנות מגדילות גם את הקושי של טכניקות בסיסיות להפעלה ולאיתור שגיאות, שהיו קלות יותר לשימוש עם טכנולוגיות הרשת בדור הקודם. ריבוב מרחבי ועיצוב אלומה מעמידים את האתגרים הגדולים ביותר בפני מדידות אלחוטיות; האופי הדינמי שבו משמשת טכניקת ריבוי אנטנות בכל רגע נתון מוסיף מורכבות גדולה אף יותר. עם ריבוב מרחבי, אנטנות שונות נראות למקלט יחיד כהפרעה של שיתוף ערוצים, ובכך מצריכים התקן מדידה רציני ויקר עם ריבוי מקלטים. עיצוב אלומה יכול גם ליצור בעיות מאחר שהוא מגדיל או מקטין את הכמות של ההספק הנקלט באזורים מסוימים, על בסיס משתנה ברציפות, ובכך הופך את המדידה האמינה של האות לבלתי אפשרית עבור התקן מדידה פסיבי. גיוון שידור לא מעמיד בעיית מדידה (מפני שאפשר לאחזר אותות של אנטנות מרובות באמצעות ערוץ קליטה יחיד. כל ערוץ PDSCH (ערוץ משותף פיסי בקישור מטה) המשמש נתוני LTE יכול לשנות באופן דינמי מצב של ריבוי אנטנה, בהתבסס על תנאי האות לכל משתמש. אם בוחנים אות שנלכד במכשיר מדידה, אין אפשרות לדעת אם כל בלוק של משאב משתמש בריבוב מרחבי בעיצוב אלומה או בגיוון שידור.
מובן שאפשר להימנע מסיבוכים אלו על ידי חיבור המכשיר למשדר באופן ישיר. גישה זו מספקת את המדידות המקיפות ביותר והמדויקות ביותר של איכות האפנון, ולכן במקרים רבים, היא כה חיונית. עם זאת, קיימות כמה מגבלות הקשורות למדידות בחיבור ישיר. אם למשדר יש חיבור port לבדיקות, חיבור מכשיר המדידה לא יהווה כל בעיה. אם חיבור כזה אינו קיים, יהיה עליך לנתק את המשדר מהאנטנה – פעולה שבדרך כלל נחשבת לקשה ולגוזלת זמן. אם האתר משתמש בראש רדיו מרוחק (RRH) או ביחידת רדיו מרוחקת (RRU), יהיה עליך להשתמש בגישה פיסית אל אות ת”ר (RF). ייתכן שמצב זה אינו בעייתי כל כך אם ראש RRH או יחידת RRU מותקנים בתוך בנין או על גג עם גישה סבירה, אבל אם הם מותקנים על מגדל או על גג ללא גישה, יהיה עליך להגיע אל המשדר בדרך אחרת – שוב, תהליך שבדרך כלל יהיה קשה או יקר.
מדידות אפנון אלחוטיות עם נתח נישא
קל ומהיר יותר בהרבה לבצע מדידות באופן אלחוטי, עובדה שחשיבותה יכולה להיות רבה מאוד בעיני טכנאים ומהנדסים שאחריותם רבה וזמנם מוגבל. למהירות יש חשיבות מיוחדת בעת איתור תקלה שדווחה. אפשרויות המדידה שהוכרזו על ידי Anritsu אשר בעזרתן ניתן לנתח את תחנות הבסיס הנישא שלה MT8221B BTS Master, ולבצע מדידות איכות אפנון אלחוטיות וכן טווח רחב של מדידות LTE אחרות בסוגי מכשור אחרים. באמצעות אפשרויות המדידה החדשות ניתן לבצע מדידה מדויקת ומהירה של כל רוחבי הפס והתדירויות בטכנולוגית LTE.
נתח תחנות הבסיס MT8221B BTS Master נבחר להיות הפלטפורמה העיקרית למדידות איכות אפנון אלחוטיות מאחר שהוא פותח במיוחד כדי לתמוך בתקני הדור הרביעי (4G) המתפתחים כדוגמת LTE, כולל יכולת גילוי אפנון של 20 קילו–הרץ. הנתח קטן, קל ומופעל בסוללה, ולכן הוא קל לשימוש בכל מקום באתר התא. בנוסף, הוא כולל גם סוויטה שלמה של יכולות מדידה של כל ההיבטים החשובים בביצועי תחנת בסיס כולל סריקת קו, מדידות ספקטרום, גילוי הפרעות ואימות חיבורי תחנות בסיס למתג הראשי (backhaul). יתרון נוסף של הנתח הנישא הוא שמכשירים אלו כבר משמשים באפן נפוץ את המהנדסים והטכנאים של תחנות הבסיס ואפשר לשדרג אותם בקלות לביצוע מדידות ברשת LTE.
סוויטת מדידות LTE של Anritsu מורכבת מכמה אפשרויות. האפשרויות 541, 542 ו–543 משמשות כדי לוודא ביצועים של מערכת eNodeB שלמה ולאתר בעיות באותות LTE. אפשרויות אלו מספקות טווח רחב של מדידות איכות האפנון והביצועים. האפשרות 546 יוצרת מדידות המשמשות לבדיקת הכיסוי והפרעות בשיתוף ערוצים. בשילוב עם אפשרות 542, אפשרות זו מוסיפה יכולת לבצע מדידות EVM עם גיוון שידור. אפשרות 546 מזהה עד שש מערכות eNodeB שונות עם זיהוי תא, זיהוי מקטע (sector ID) וזיהוי קבוצה וכן מודדת את עוצמת אות הסנכרון של כל מקטע. לאחר מכן המכשיר מחשב את עוצמת השליטה (dominance) המציגה את ההפרש ברמת האות בין המקטע החזק ביותר לבין המקטעים האחרים.
כיצד לבצע מדידות
איכות אפנון
במכשיר עם האפשרויות 542 ו–546 עבור לתפריט מדידות Over–The–Air (אלחוטיות), בחר מדידת Scanner (סורק) והפעל בתפריט המשנה את Modulation Measurements (מדידות אפנון). זו מדידת EVM של ערוץ השידור הפיסי (PBCH) המשתמש בגיוון שידור. כוון את המכשיר לאות שמעניין אותך וחבר אנטנה מתאימה בכבל קצר. לאחר מכן מצא “נקודה מתוקה”, מקום שבו עוצמת האות של מערכת eNodeB הנמדדת גבוהה וההפרעה נמוכה, במיוחד ממערכות eNodeB אחרות. האפשרות 546 היא כלי מצוין למציאת “הנקודה המתוקה” מפני שהוא מציג את עוצמת האות ואת עוצמת השליטה של מערכת eNodeB אחת לעומת מערכות אחרות. הנקודה תימצא במרחק קטן מהמשדר ובקרבת המרכז של דפוס האנטנה (antenna pattern). אם תימצא קרוב מדי, אלומת האנטנה תהיה מעליך ואם תהיה רחוק מדי, עוצמת האות תהיה נמוכה מדי וריבוי הנתיבים וההפרעות ממשדרים סמוכים יהיו גדולים מדי. במרכז אלומת השידור של המקטע מופחתות ההפרעות ממקטעים סמוכים. ההמלצה היא להתחיל את המדידה כמה מאות מטרים מהאנטנה במרכז האלומה ואז לצעוד או לנסוע סביב, כדי למצוא את המיקום הטוב ביותר ולסמן אותו בקואורדינטות לפי מכשיר GPS.
אנטנות רב כיווניות נוחות יותר בעת ביצוע מדידות אלחוטיות בזכות גודלן הקטן. פשרה טובה היא לבצע מדידות ראשוניות עם אנטנה רב כיוונית. אם נתגלתה בעיה, חבר אנטנת Yagi כיוונית גדולה יותר. העבר את האנטנה הכיוונית סביב, כדי למצוא את המדידות הטובות ביותר. ברוב המקרים האנטנה תהיה מכוונת במצב זה ישירות אל האנטנה המשדרת, אם כי לא תמיד. האפשרות להציב את האנטנה הכיוונית במקום ובכיוון שבו רמות EVM קטנות לתחום המפרט, מהווה סימן לכך שהמשדר תקין והבעיות באותות נגרמות מהפרעות חיצוניות.
מפרטי איכות האפנון של משדרי LTE קובעים EVM של 8% או פחות באפנון 64QAM. יש להשתמש בגבול זה בעת ביצוע מדידות בחיבור ישיר, בתוספת גורם תיקון קטן המייצג את תרומת הציוד. במקרה של מדידות אלחוטיות, ראוי להוסיף גורם תיקון גדול אף יותר, על מנת לקחת בחשבון את נתיב האות. ככלל, קריאה מתחת ל–10% נחשבת לתקינה. גישה טובה היא למצוא את “נקודה מתוקה” ולבצע מדידה אלחוטית בעת הכנסת תחנת הבסיס לשימוש. באופן כזה תהיה בידך תוצאת מדידה שתשמש כייחוס בעתיד.
מסקנות
היכולת לבצע מדידות איכות אפנון אלחוטיות בעזרת מכשיר נישא יכולה לשפר באופן משמעותי את יעילותו של התהליך לאיתור תקלות. עובדה זו נכונה במיוחד במקרים של ראשים ויחידות רדיו מרוחקים שאין אליהם גישה, אך אפשר להשתמש בה גם לביצוע אימות מהיר של איכות המשדר במתקנים מסורתיים. בדיקות איכות האפנון האלחוטיות המשולבות בבדיקות LTE Pass Fail (עובר/ נכשל) ו–OTA Scanner (סריקה אלחוטית) של BTS Master. כמו כן, בדיקה פשוטה של תפוקה באמצעות מחשב אישי עם מודם אלחוטי יכולות לתת לטכנאים וודאות גבוהה ביחס לתחנת הבסיס כולה. הוודאות מתייחסת למקלט ולמשדר, לאנטנה ולקווי התמסורת, לחיבורי התחנה למתג הראשי ולהפרעות בין ערוצים. בדיקות מהירות אלו מספקות שיטה פשוטה, שבעזרתה ניתן להבטיח ביצועים אופטימליים לרשת תוך השקעת זמן מזערית. אם נתגלו נקודות בעייתיות, יש ל–BTS Master של Anritsu כל הכלים הנחוצים לאיתור מקור הבעיה, כך שאפשר לבצע תיקון נכון. למציאת תקלות בשלב מוקדם יש יתרון שאפשר לקבוע לוח זמנים לביצוע התיקונים.
