Daha yüksek veri hızına sahip uygulamaların sayısı arttıkça, kablosuz sistemlerde daha geniş bant genişliği ve ağ kapsama alanı ihtiyacı da artmaktadır. Sınırlı spektrum tahsisi göz önüne alındığında, kablosuz iletişim mühendisleri spektral verimliliği ve sistemlerin sinyal-gürültü oranını (SNR) iyileştirmenin yollarını aramalıdır. Çoklu giriş / çoklu çıkış (MIMO) ve hüzmeleme, RF tasarımcılarının spektral verimliliği ve SNR'yi artırmak için çeşitlilik, çoklama ve anten kazancı elde etmelerine yardımcı olabilir.
Çoklu anten sistemlerinin test edilmesi, birden fazla sinyal ve sinyaller arasında sabit bir faz ilişkisi sağlayabilen bir test sistemi gerektirir. Bu makale, faz uyumluluğunu ve neden önemli olduğunu anlamanıza yardımcı olur. Ayrıca faz uyumlu sinyaller üretmek için sizlere yöntemler sunar.
Faz Uyumlulığı Nedir?
İki sinyal, her zaman sabit bir göreceli faza sahiplerse uyumlu olarak adlandırılırlar. Şekil 1a, faz varyansları olan iki tutarsız sinyali gösterir ve şekil 1b, sabit faz ofsetine sahip uyumlu sinyalleri gösterir. İki sinyal aynı anda aynı ortam içinde oluştuğunda, sinyallerin göreceli fazlarına bağlı olarak yapıcı veya yıkıcı bir şekilde birleşeceklerdir.
Faz dizili anten gibi çok kanallı bir bileşeni karakterize ettiğiniz durumlarda, kanallar arasındaki faz açısı ilişkisini hassas bir şekilde kontrol etmeniz gerekir (Şekil 1c). Sayısal olarak modüle edilmiş sinyaller için, faz uyumluluğu hem ana bant üreteçleri arasındaki zamanlama senkronizasyonunu hem de RF taşıyıcıları arasındaki faz uyumlulığunu gösterir (bkz. Şekil 1d). Benzer şekilde, radar darbeleri, uygun uzamsal gecikmeleri simüle etmek için anlık darbe sinyallerinin hassas zamanlamasını gerektirir (bkz. Şekil 1).
Şekil 1. İki Sinyal Arasındaki Faz İlişkileri
Faz Uyumlulığı Neden Önemlidir?
Ticari uygulamalarda, havacılık ve savunmada olsun, çoğu kablosuz sistem, genel sistem performansını artırmak için alıcıda, vericide veya her ikisinde de çoklu anten teknikleri kullanır. Bu teknikler mekansal çeşitliliği (spatial diversity), mekansal çoklamayı (spatil multiplexing) ve hüzmelemeyi içerir. Mühendisler çeşitlilik, çoklama veya anten kazanımları elde etmek için çoklu anten tekniklerini kullanırlar. Bu kazanımlar sayesinde, kablosuz sistemler bir alıcının veri çıkışını ve SNR'ını artırabilir.
Mekansal çeşitlilik (Spatial Diversity)
Çoklu yol içeren sinyaller bir alıcıya ulaştığında, göreceli fazlarına bağlı olarak yapıcı veya yıkıcı bir şekilde birleşirler. İki veya daha fazla anten kullanarak kablosuz bağlantının kalitesini ve güvenilirliğini artırabilirsiniz. Bunu kanal anahtarlama, sinyal ağırlıklandırma, zaman gecikmesi veya iletim çeşitliliği ile gerçekleştirebilirsiniz. Her durumda, mekansal çeşitliliğin amacı, bir radyo sinyalinin bir alıcının antenine ulaşması için birden fazla yol sağlamaktır. Şekil 2, tüm yöntemlerin alıcı tarafta birden fazla anten gerektirmediğini göstermektedir.
Şekil 2. Alıcı ve Verici Çeşitliliği İçin Mekansal Çeşitlilik Teknikleri
Uzamsal Çoklama (Spatial Multiplexing)
Sistem, iletilen verileri birden çok kodlanmış veri parçasına böler. Daha sonra tüm verileri aynı anda aynı radyo kanalı üzerinden farklı antenler aracılığıyla iletir. Alıcıdaki orijinal verileri kurtarmak için, MIMO sistemleri hesaplamalı olarak ters kanal özelliği tahmin algoritmaları kullanır. Uzamsal çoklama performans testleri için MIMO çoklu yol içeren sinyalleri simüle etmek amacıyla birden fazla sinyal üretecine ve kanal simülatörüne ihtiyacınız vardır. Bu test cihazları, çoklu yol senaryolarını simüle ederler ve istenen SNR'yi elde etmek için sinyale beyaz Gauss gürültüsü (AWGN) eklerler.
Uzamsal çoklama, bir MIMO sistemi için bir iletim tekniğidir. Sistem, iletilen verileri birden çok kodlanmış veri parçasına böler. Daha sonra tüm verileri aynı anda aynı radyo kanalı üzerinden farklı antenler aracılığıyla iletir. Alıcıdaki orijinal verileri kurtarmak için, MIMO sistemleri hesaplamalı olarak ters kanal özelliği tahmin algoritmaları kullanır.
Şekil 3, iki sembolün (b1 ve b2) veri çıktısını iki katına çıkarmak için aynı anda ilettiği 2x2 (iki verici ve iki alıcı) MIMO diyagramını temsil eder. Denklem 1'de basit bir formül görünmektedir, burada r alınan sinyal, s kaynak sinyaldir ve h kablosuz kanal yanıtıdır:
Denklem 1
Alıcı, belirli algoritmalar kullanarak kanal tahmini (yukarıdaki h matrisi) gerçekleştirebilir. İletim sinyallerini (s1 ve s2) Denklem 2'deki formülü kullanarak sinyal işleme yoluyla çözdürmek mümkündür.
Denklem2
Şekil 3. 2x2 MIMO Sistem Diyagramı
Denklem 2'deki hesaplama, zamanlama hizalı sinyalleri ve çok kanallı sinyalleri yukarı ve aşağı (uplink and downlink) dönüştürmek için ortak bir yerel osilatör (LO) kullanır. Bu teknik, çok kanallı RF sinyallerini ve kanal matrisini simüle etmek için test zorluklarını artırır, çünkü çoğu ticari sinyal üreteci ayrı bir ana bant üretecine ve LO'ya sahiptir. Uzamsal çoklama performans testleri için MIMO çoklu yol sinyalleri simüle etmek amacıyla birden fazla sinyal üretecine ve kanal simülatörüne ihtiyacınız vardır. Bu ekipmanlar çoklu yol senaryoları taklit ederler ve istenen SNR'yi elde etmek için kanala AWGN eklerler.
Anten dizisi — Hüzmeleme
Anten dizisi, sinyalleri iletmek veya almak için kullanılan bir dizi anten elemanıdır. Anten elemanları arasında uygun faz gecikmesine sahip olan ve birbirleri ile uyumlu bir şekilde sürülen antenler, sinyal ışınları oluşturabilir. Düşük yönlülüklü birçok anten elemanı birlikte yüksek yönlü bir anten cevabı sunar. Kanallar arasındaki faz gecikmeleri, Şekil 4'te görüldüğü gibi, anten modelini nihai olarak belirler.
Şekil 4. Fazlı Bir Anten Dizisi, Uyumlu Antenler Arasındaki Fazı Ayarlayarak Bir Işın Oluşturur
Anten elemanlarının sayısını yarım dalga boyu ayrımı ile artırdığınızda, anten ışın genişliği daralır. Her antendeki sinyale 90 derecelik bir faz kayması uygulayarak, ışının yönünü değiştirebilirsiniz. Anten elemanları arasında farklı faz kaymaları oluşturduğunuzda, ışımayı istedğiniz şekilde yönlendirebilirsiniz. Bu tür çok kanallı sinyalleri simüle etmek için, hem verici hem de alıcı testleri kapsamında kanallar arasındaki faz farkını hassas bir şekilde kontrol etmeniz gerekir.
Son
Çoklu anten teknolojisi olgunlaştıkça ve çeşitlilik, çoklama ve yüksek anten kazancına olan talep arttıkça, test sistemleri yüksek doğruluklu testler için hasas şekilde hizalanmış kanallara ihtiyaç duyar. Bir karakterizasyon testi gerçekleştirirken, operasyonel ortamı doğru bir şekilde yeniden oluşturmanız gerekir. Bunu başarmak için, sinyalleri gerçek dünyadaki davranışlarını simüle etmek amacıyla, uyumlu bir şekilde birleşecekleri şekilde yeniden oluşturmanız gerekir.
Çeşitli çoklu anten test uygulamaları ve gereksinimleri için faz uyumlu veya faz kararlı sinyaller üretmek için farklı taktikler vardır. N5182B MXG vektör sinyal üretecimiz, Faz Uyumlu RF Sinyali Üretimini Yapılandırma Taktikleri teknik belgemizde örnek olarak kullanılmıştır.
