Bildergalerie
Bild 1: Exakte EMVU-Messungen von LTE-Signalen: Das portable System R&S TS-EMF mit der isotropen Antenne R&S TSEMF-B2 und dem Universal Radio Network Analyzer R&S TSMW.
Bild 2: LTE-Signalisierung ohne Nutzdaten.
Bild 3: Frequenzselektive Messung eines LTE-Signals ohne Nutzdaten.
Bild 4: Beispiel eines Mess­reports für LTE-Decodierung.

Fit für die EMVU-Messung von LTE-Signalen

Das portable System R&S TS-EMF für die EMVU-Messung bewährt sich seit vielen Jahren bei Behörden und Messdienstleistern und wurde der technischen Entwicklung ständig angepasst. Nun hat das Messtechnikunternehmen ein weiteres Software-Update auf den Markt gebracht, das auch die Signale der weltweit im Entstehen begriffenen LTE-Mobilfunknetze in die Messungen einbezieht.

Das auf Bild 1 abgebildete, portable System R&S TS-EMF zum Messen der Elektromagnetischen Umweltverträglichkeit (EMVU) für den Nachweis der Einhaltung von Grenzwerten deckt alle relevanten Messverfahren ab. Darunter fallen alle Messverfahren für die Funkstandards GSM, WLAN und WiMAX einschließlich der Decodierung des CPICH bei WCDMA. Das System misst darüber hinaus alle Signale vom Rundfunk bis hin zu Mobilfunk und Radar und summiert sie. Es führt auch Hochrechnungen auf die maximale Auslastung, beispielsweise von Mobilfunkanlagen, durch. Die LTE-Mobilfunknetze, die zurzeit in vielen Ländern aufgebaut werden, machen es erforderlich, dass dieser Mobilfunkstandard auch bei den EMVU-Messungen berücksichtigt wird. Dazu hat Rohde & Schwarz sein portables System R&S TS-EMF, basierend auf aktuellen Untersuchungen, um LTE-spezifische Funktionen erweitert.

LTE-Signalstruktur

LTE verwendet ein OFDMA-Signal, das mit bis zu 20 MHz Bandbreite aus einer Vielzahl von 15 kHz breiten Unterträgern besteht. Zusätzlich weist es eine Zeitstruktur mit einer Framelänge von 10 ms auf, bestehend aus 10 Subframes und einer Symbollänge von 71 µs.

Das Signal enthält in der Bandmitte eine 1080 kHz breite Signalisierung – zusätzlich zu den Nutzdaten. Die Kanäle P-SCH und S-SCH, die auch als P-Sync beziehungsweise S-Sync bezeichnet werden, sind pro Basisstation individuell codiert und werden mit konstanter Leistung gesendet. Daraus ergibt sich analog zur Decodierung des CPICH eine individuelle Zuordnung der Emission zur Basisstation. Gleiches gilt für die Referenzsymbole, die über das gesamte Spektrum verteilt sind, was auf Bild 2 verdeutlicht wird.

Alle weiteren Kanäle, auch die Nutzdaten, sind nicht codiert. Deshalb koordinieren benachbarte Basisstationen die Belegung von Zeitschlitzen und Frequenzkanälen zeitlich flexibel unterei-nander. Das ist ein Unterschied zu WCDMA, bei dem alle Kanäle codiert sind. Zusätzlich sind bei LTE pro Zeit- und Frequenzblock verschiedene Modulationen möglich.

Frequenzselektive Messung betrachten

Für frequenzselektive Messungen von LTE-Signalen ist keine Erweiterung des R&S TS-EMF erforderlich. Diese Messungen ermitteln die momentan von allen umliegenden Basisstationen erzeugte Summenfeldstärke, siehe Bild 3. Aufgrund des hohen Crest-Faktors kommt der RMS-Detektor zum Einsatz. Aufgrund der Zeitstruktur des Signals sollte die Verweilzeit pro Messpunkt optimal an die Symbolrate angepasst werden, um sowohl Unter- als auch Überbewertungen zu vermeiden.

Das Testsystem bietet verschiedene Messmöglichkeiten:

Mittelwert der Leistung über der Signalbandbreite: Diese Messung zeigt die Schwankungen aufgrund unterschiedlicher Netzauslastung. Weil die Referenzkanäle über den gesamten Frequenzbereich verteilt sind, lässt sich daraus auch die Signalbandbreite bestimmen.

Feldstärke durch die Signalisierung in der Bandmitte: Da die Signalisierung und die Referenzsymbole im Pegel unabhängig voneinander einstellbar sind, ist eine Extrapolation nur mit entsprechenden Angaben vom Netzbetreiber möglich.

Für die frequenzselektive Messung an LTE-Signalen hat R&S seine aktuelle TS-EMF-Softwareversion RFEX v6.1.30 um Messpakete mit vordefinierten Parametern für LTE erweitert. Dadurch ist ein komfortables Messen von LTE-Signalen möglich, insbesondere mit der isotropen Antenne R&S TSEMF-B2, deren Frequenzbereich von 700 MHz bis 6 GHz alle LTE-Bänder abdeckt.

Frequenzselektiv messbar ist nur der Summenwert aller umliegenden Basisstationen. Eine Zuordnung zu einzelnen Basisstationen lässt sich nicht umsetzen. In jedem Fall müssen, wie schon bei WCDMA, hohe Sicherheitsfaktoren bei der Extrapolation auf die maximale Anlagenauslastung berücksichtigt werden. Das liegt zum einen daran, dass – abhängig von den Basisstationseinstellungen – Nutzdaten die Signalisierung überdecken können und somit das Messergebnis verkehrsabhängig ist. Zum anderen wird bei LTE das Multiple-Input-/Multiple-Output-Verfahren (MIMO) verwendet, bei dem die Nutzdaten mit bis zu vier Antennen gesendet werden, die Signalisierung teilweise aber nur mit einer Antenne. Somit bleiben bei der Signalisierung die anderen Ausbreitungswege unberücksichtigt. Als Drittes kommt hinzu, dass sich nach LTE-Standard an einzelne Endgeräte Signale mit bis zu 3 dB höherem Pegel senden lassen.

Im Fokus: Codeselektive Messung

Bereits bei WCDMA hatte sich gezeigt, dass die exakte Hochrechnung auf maximale Auslastung und die Zuordnung der Immission zu einer Basisstation nur über die Decodierung des Signals möglich sind. Bei LTE ist das vergleichbar. Die genaue Hochrechnung erfolgt aus der Feldstärke der Signalisierung, alternativ aus den Referenzsymbolen, benötigt aber detaillierte Basisstationsparameter wie die Kanalanzahl oder den Faktor ρB, der das Verhältnis der Sig-nalpegel zueinander beschreibt. Diese Signalparameter werden bei der Decodierung automatisch ermittelt. In Bezug auf MIMO erlaubt die Messung eine Aussage, von wie vielen Antennen das empfangene Referenzsignal gesendet wurde und macht somit eine exakte Extrapolation möglich.

Diese codeselektiven Messungen unterstützt das mobile Testsystem R&S TS-EMF zusammen mit dem Universal Radio Network Analyzer R&S TSMW und den Optionen R&S TSEMF-K21 und R&S TSMW-K29. Durch die hohe Messgeschwindigkeit lassen sich alle relevanten Messmethoden, wie Schwenkmethode, Punktraster und Mittelung über die Zeit, realisieren. Damit ist das für WCDMA bewährte Messverfahren auf LTE erweitert. Auf Knopfdruck liefert das System einen ausführlichen Messreport, was Bild 4 verdeutlicht.

Fazit

Das R&S TS-EMF ist ein EMVU-Messsystem für frequenzselektive und codeselektive Messungen von LTE-FDD-Signalen. Während die frequenzselektive Messung die momentane Gesamtimmission aller umliegenden Basisstationen ermittelt, ermöglicht die code-selektive Messung die Zuordnung der Immissionen zu den einzelnen Basisstationen sowie die exakte Hochrechnung auf maximale Auslastung. Durch dieses bereits bei WCDMA bewährte Verfahren lassen sich sowohl Über- als auch Unterbewertungen vermeiden und somit realistische Ergebnisse mit der benötigten Genauigkeit erreichen. Einen Vergleich der Messmethoden für die verschiedenen Mobilfunkstandards zeigt Bild 5.