הערכת סוגיות פוטנציאליות של דו-קיום בין LTE לרדאר

הספקטרום הולך והופך מורכב יותר ויותר
המערכות האלקטרוניות של ימינו פועלות בסביבות ספקטראליות שהופכות מורכבות יותר ויותר, ויש להן פוטנציאל לבעיות רבות של הפרעה בין מערכות הרדאר למערכות התקשורת האלחוטית. ספינות חיל הים מהוות דוגמה אחת לסביבה שמתאפיינת בהפרעות הדדיות פוטנציאליות. הספינות עושות שימוש בשלל מערכות אלקטרוניות, לרבות מערכות רדאר ותקשורת, אשר עלולות להפריע זו לזו או למשתמשי ספקטרום אחרים. חיל הים של ארצות הברית אף בודק את תקן ה-LTE לצורך תקשורת במרחקים קצרים, תוך הוספת נדבך של מורכבות לסביבה הספקטראלית. בחינתן של בעיות הפרעה פוטנציאליות בין אותות אלחוטיים מורכבים כגון LTE לבין מערכות הרדאר עשויה לתרום להבטחתה של פריסה מוצלחת.
לאור העובדה שהספקטרום הופך צפוף ומורכב יותר, סביבת המחקר והפיתוח במעבדה זקוקה לגישה גמישה לצורך הערכת סוגיות של דו-קיום לפני פריסת המערכות. הסוגים השונים של אותות (emitter) שעוברים הדמיה מצריכים גמישות, כמו גם את היכולת להעריך ביצועים במסגרת תרחישי הפרעה שונים. הערכת ההשפעה הפוטנציאלית של הפרעות רדאר על אות אלחוטי עשויה להיות כרוכה בהערכה של מדדי ביצועים מרכזיים של המערכת האלחוטית, כגון Error Vector Magnitude () ו-Bit Error Rate
(), או תפוקת נתונים תחת מספר תרחישי הפרעות שונים.
מאמר זה מציג פתרון בדיקה גמיש עבור מערך המחקר והפיתוח, אשר משלב הדמיית תכנון עם arbitrary waveform generator () מדויק, לצורך הערכת תרחישי הפרעות שונים. במאמר נבחנים מספר סיפורי מקרה, לצורך הצגת גמישותה של הגישה. סיפור המקרה הראשון מציג את פתרון הבדיקה כשהוא משמש ליצירת סביבה ספקטראלית מרובת אותות (multi-emitter), אשר כוללת אות LTE בתחום ה-S-band, שני אותות של רדאר בתחום
ה-S-band, אותות של GSM, EFGE ו-WCDMA וכן אות WLAN. ציוד הבדיקה משמש להערכת הדו-קיום של ה-LTE לבין אות הרדאר הפועל בתחום ה-S-band, וזאת על-ידי הערכת ביצועי ה-EVM של ה-LTE בנוכחותו של אות רדאר מפריע הפועל בתחום ה-S-band. סיפור המקרה השני מעריך את ביצועי ה-BER המקודד מבוססי ההדמיה של אות downlink תואם LTE, עם סריקת תדר מרכזי של גורם ההפרעה של הרדאר, הפועל בתחום
ה-S-band.

דו-קיום של רדאר הפועל בתחום ה-S-band
ו-LTE:
סיפור מקרה זה מתמקד באות downlink LTE וכן באות רדאר שפועלים בתחום
ה-S-band, המהווים שניים מן האותות אשר קיימים בסביבה ספקטראלית מורכבת ומרובת פולטים. הסביבה הספקטראלית המורכבת מרובת האותות נוצרת באמצעות הדמיית תכנון ברמת המערכת, אשר מאפשר הדמיה ושילוב של אותות אלחוטיים, רשתות אלחוטיות ואותות רדאר באמצעות ספריות סימולציה הנחשבות כמוצרי מדף (COTS).
הדמיית האותות המרובים (לרבות אות ה-LTE downlink ואות הרדאר) מתבצעת בהתאם לסכמה המופיעה באיור 1.
מקור אות ההדמיה של הרדאר, הפועל בתחום ה-S-band, מוצג בפינה השמאלית העליונה, שלאחריו מוצגים מקורות האותות של ה-LTE downlink, EDGE GSM, WCDMA. כמו כן מוצגים מקור נוסף של אותות רדאר הפועל ב-S-band וכן מקור נוסף של אותות WCDMA. תיעוד WLAN, אשר נלכד באמצעות תוכנת Keysight VSA 89600, נקרא בתוך סביבת הסימולציה כמקור של אותות הדמיה.
אותות הסימולציה, שמתאפיינים בתדרי מרכז ורוחבי פס שונים, עוברים דגימה חוזרת ומשולבים באמצעות רכיב משלב האותות (Signal Combiner) לצורך יצירת פלט של צורת גל אשר ניתן להורדה ל-AWG באמצעות אלמנט ה-simulation sink.
באיור 2 מוצגת התקנת ציוד הבדיקה של החומרה מרובת האותות, המשמשת להערכת הדו-קיום של ה-LTE והרדאר. ההתקנה כוללת AWG מדויק מבוסס AXIe (משמאל) וכן נתח אותות RF (מימין). הסימולטור הפועל ברמת המערכת הותקן על בקר ה-AXIe המשובץ (מתחת ל-AWG) לצורך יצירת אותות בדיקה multi-emitterבאמצעות ה-AWG.
ספקטרום הבדיקה מרובה האותות שמתקבל מופיע באיור 3, אשר נמדד באמצעות נתח אותות ה-RF.
הספקטרום כולל אותות GSM, EDGE ו-LTE, שני אותות של רדאר בתחום ה-S ושני אותות של WCDMA. אות ה-LTE אות הרדאר הפועל ב-S-band מוצגים בסמוך למרכז ספקטרום התדרים שנמדד.
נתח אותות ה-RF משמש לאומדן הספקטרום וביצועי ה-EVM, לצורך הערכת הדו-קיום בין אותות ה-LTE והרדאר. באיור 4 מוצגות תוצאות הספקטרום והדה-מודולציה של התרחיש הראשון. נתח אותות ה-RF משמש לביצוע זום לחלק מהסביבה הספקטראלית מרובת האותות, אשר מכיל את אות ה-LTE והרדאר. תוכנת ה-89600 VSA נמצאת בשימוש עם נתח אותות ה-RF לצורך דה-מודולציה של אות ה-LTE. מדידת הדה-מודולציה של ה-89600 VSA מציגה את הקונסטלציה (פינה שמאלית עליונה), הספקטרום (פינה שמאלית תחתונה), EVM vs. subcarrier (פינה ימנית עליונה) ותקציר שגיאות ה-EVM (פינה ימנית תחתונה).
ניתן לראות, כי לאות הרדאר השפעה מסוימת על אות ה-LTE, כפי שהם מוצגים בתרחיש זה. ה-EVM עומד על 1.3% בקירוב, בנוכחות הגורם המפריע שמקורו ברדאר ומדידת EVM vs. subcarrier מציגה ירידה ברמת הביצועים, שנגרמת על-ידי הגורם המפריע שמקורו ברדאר.
אות ה-LTE מוגדר לתצורה של 5MHz, אולם ניתן לשנותו בקלות לצורך התאמה לתצורות רבות שנתמכות על-ידי תקן LTE, החל ב-1.4MHz ועד 20MHz. אות הרדאר מוגדר כאות chirp ליניארי FM , עם רוחב פולס, מרווח זמן בין חזרות ורוחב פס LFM chirp, המוגדרים על-ידי המשתמש. ההגדרות ניתנות לשינוי בקלות רבה על-ידי המשתמש. בנוסף, ניתן להגדיר גם מודולציה שונה עבור הגדרות הפולסים (לדוגמה, בקידוד ברקר – Barker coded).
עבור התרחיש השני, אות הרדאר הועבר קרוב יותר לאות ה-LTE, כמתואר באיור 5. ההדמיה מרובת אותות הופעלה שוב, על מנת ליצור את אות הבדיקה החדש.
תוצאות ה-EVM של הדה-מודולציה המוצגות באיור 5 מראות, כי בתרחיש זה יש לאות הרדאר השפעה משמעותית יותר על אות ה-LTE לעומת התרחיש הראשון. ה-EVM הגיע עד לרמה של 14.1% בקירוב, וזאת כתוצאה מחפיפה ספקטראלית נוספת עם ספקטרום הרדאר. מדידת
ה- EVM vs. subcarrier מלמדת אף היא על ירידה נוספת בביצועים, שמקורה בהפרעת הרדאר, לעומת התרחיש הראשון.

דו-קיום של רדאר S-band ו-LTE: הדמיית BER
BER וקצב העברת נתונים יכולים להיות מדדים מרכזיים של רגישות הרסיבר, הן כאשר קיימות הפרעות והן בלעדיהן. סיפור המקרה השני עושה שימוש בסכמת ההדמיה המופיעה באיור 6, לצורך הערכת השפעתו של גורם הפרעה שמקורו ברדאר הפועל -S על BER מקודד של LTE downlink, בעת סריקת התדר המרכזי של הגורם המפריע.
הסכמה כוללת מקור אות LTE downlink בפינה השמאלית העליונה. מקור אותות ההדמיה הוא הירארכי, כך שהתעמקות בו תגלה את קידוד השכבה הפיזית שמוחל על האות, כגון code-block segmenting, Turbo encoding, rate matching וכד’. עם זאת, נתונים אלה אינם מוצגים בסכמת הרמה העליונה. מתחת למקור אות ה-LTE downlink נמצא מקור אותות רדאר LFM. התדר המרכזי של מקור אותות זה ייסרק לצורך הדמיית ה-LTE BER. אות ה-LTE ואות הרדאר משולבים באמצעות אלמנט “משלב אותות”, לצורך דגימה חוזרת ושילוב של שני האותות. לאחר מכן, האות המשולב מוזן לתוך רסיבר ה-LTE לצורך מדידת ההדמיה של ה-BER המקודד. רסיבר ה-LTE מבצע את פענוח השכבה הפיזית, כגון code-block de-segmenting, Turbo de-coding,, rate de-matching וכד’, לצורך אחזור סיביות הנתונים כדי שניתן יהיה לאמוד את ה-BER המקודד ואת תפוקת הנתונים בעת ההדמיה.
באיור 7 מוצגות תוצאות ה-BER המקודד של ה-LTE כפונקציה של התדר המרכזי של גורם ההפרעה שמקורו ברדאר, אשר נסרק במהלך ההדמיה. ביצועי ה-BER של ה-LTE מושפעים בצורה משמעותית בעת שמתבצעת סריקה של התדר המרכזי לרוחב תדר ה-downlink של ה-LTE, ולמעשה נרשמת עלייה מרמה של 0% BER ל-24% BER. תצורת ה-LTE, תצורת הגורם המפריע שמקורו ברדאר ורמות ההספק ניתנות לשינוי לצורך הערכת בעיות פוטנציאליות של דו-קיום. כמו כן, במסגרת הדמיה זו ניתן היה להעריך גם תכנון של משדר RF ותכנון רסיבר, הכוללים ליקויים תכנוניים שעברו מידול.
סיכום
מאמר זה ממחיש גישה גמישה להערכה של בעיות פוטנציאליות של דו-קיום, שעשויות להתגלות בין אותות אלחוטיים ואותות רדאר בסביבה של מעבדת המחקר והפיתוח. פתרון הבדיקה משלב הדמיה תכנונית עם AWG לצורך הערכת תרחישי הפרעה שונים. הדמיית התכנון משמשת ליצירת ספקטרום של אותות, אשר כולל אותות של GSM, EDGE ו-LTE וכן שני אותות של רדאר הפועלים בתחום ושני אותות של WCDMA. אות ה-multi-emitter עובר הורדה ל-AWG מדויק לצורך יצירה של סביבת אותות בדיקה שתאפשר בחינה של בעיות דו-קיום פוטנציאליות בין אותות ה-LTE והרדאר. מוצגים מספר סיפורי מקרה, לרבות שני תרחישים אשר ממחישים את האופן שבו גורם מפריע שמקורו ברדאר הפועל בתחום משפיע על ביצועי ה-LTE EVM, וכן סיפור מקרה של הדמיה, אשר ממחיש כיצד מושפעים ביצועי ה-LTE coded BER מגורם מפריע שמקורו ברדאר S-band, בעת סריקת התדר המרכזי של הגורם המפריע. אף על פי שסיפורי המקרה המוצגים במאמר זה משתמשים בתרחישי אותות שרירותיים לצורך המחשת הגמישות של הפתרון המסוים, הם מבליטים את האופן שבו ניתן להעריך בעיות פוטנציאליות של דו-קיום בסביבה של מעבדת מחקר ופיתוח, תוך התבססות על תרחישי אותות המוגדרים על-ידי המשתמש.

“Mobile WiMAX” הוא סימן מסחרי רשום של ה-WiMAX Forum.