University of Oulu

Control of The Over-The-Air measurements system

Saved in:
Author: Koivuranta, Janne1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Information Technology and Electrical Engineering, Electrical Engineering
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 1.7 MB)
Pages: 56
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202112099263
Language: English
Published: Oulu : J. Koivuranta, 2021
Publish Date: 2021-12-09
Thesis type: Master's thesis (tech)
Tutor: Leinonen, Marko Eero Tapani
Reviewer: Pärssinen, Aarno Tapio
Leinonen, Marko Eero Tapani
Description:

Abstract

Mobile technology is constantly on the move, and it is constantly under development as more efficient and sophisticated telecommunication solutions are needed. As the technology evolves the measurement systems needs to evolve as well. The mobile technology is on the brink of upheaval as we are moving from 4th Generation of wireless communication systems (4G) to 5th Generation of wireless communication systems (5G). The new mobile technology 5G brings new higher frequency bands and new technologies such as massive multiple-input multiple-output and beamforming (BF). In 5G, over-the-air (OTA) measurements are more important because it is virtually impossible to obtain reliable measurement results of BF performance. As the number of antenna elements increases and the antenna spacing decreases, it is very difficult to connect each antenna element to the measuring device with a cable.

In this thesis we made tool to control a whole OTA measurement system. The tool is Python code that is run from the Windows desktop with access to the OTA measurement system. The Python code controls which antennas are taken into measurement, connects those to spectrum analyser, configures spectrum analyser and vector signal analyser and measures the power level for the desired beam set. Once the measurement results are collected, it draws a heatmap that visualizes the performance of the BF.

The measurements were done by using different number of transmitted beams on the same radio unit. Each configuration was measured multiple times to ensure the stability and reliability of the system. The number of transmitted beams in measurement were 2, 4 and 6. From the plotted heatmaps it was concluded that in all measurements all synchronization signal block (SSB) beams were visible and the directions of the SSB beams were as expected. However, in all measurements the power of SSB beam 1 was slightly lower than the other SSB beams which refers to minor issue in beamforming.

As expected, when the number of transmitted beams were 2, the half-power bandwidth (HPBW) was wider and the directivity lower than with 4 or 6 transmitted beams. In measurement results with 2 beams, we had unexpected power drop in the location of antenna 2 in the second SSB beam.

With 4 or 6 transmitted beams we measured approximately same HPBW and directivity. The radiation patterns were also as expected. The performance with 6 beams were better in terms of coverage. With 6 transmitted beams we observed more closely mapped beams which ensures that the user equipment can seamlessly move from beam to another without drop in the signal-to-noise ratio. With 6 beams we also observed slightly wider sector coverage than with 4 transmitted beams.

Ilmarajapinta mittausten ohjaus

Tiivistelmä

Mobiiliteknologia on jatkuvasti liikkeellä ja sitä kehitetään jatkuvasti, kun tarvitaan entistä tehokkaampia ja kehittyneempiä tietoliikenneratkaisuja. Tekniikan kehittyessä myös mittausjärjestelmiä on kehitettävä. Mobiiliteknologia on mullistuksen partaalla, kun olemme siirtymässä 4. sukupolven langattomista viestintäjärjestelmistä (4G) 5. sukupolven langattomiin viestintäjärjestelmiin (5G). Uusi mobiiliteknologia 5G tuo uusia korkeampia taajuuskaistoja ja uusia teknologioita, kuten massiivinen moniantennitekniikka ja keilanmuodostus (BF). 5G:ssä ilmarajapinta (OTA) -mittaukset ovat tärkeämpiä, koska pelkästään kaapeleilla on käytännössä mahdotonta saada luotettavia mittaus tuloksia BF-suorituskyvystä. Kun antennielementtien määrä kasvaa ja niiden väliset etäisyydet pienenevät, on hyvin vaikeaa liittää jokainen antennielementti mittauslaitteeseen.

Tässä opinnäytetyössä teimme työkalun koko OTA-mittausjärjestelmän ohjaamiseen. Työkalu on Python-koodi, joka ajetaan Windowsin työpöydältä, jolla on pääsy OTA-mittausjärjestelmään. Python-koodilla ohjataan mitkä antennit otetaan mittaukseen, kytkee ne spektrianalysaattoriin, konfiguroi spektrianalysaattorin ja vektorisignaalianalysaattorin sekä mittaa tehotason halutulle keilaryhmälle. Kun mittaustulokset on kerätty, se piirtää lämpökartan, joka visualisoi BF:n suorituskyvyn.

Mittaukset tehtiin lähettämällä eri määrä keiloja eri mittauksessa samalla radioyksiköllä. Jokainen säteilykuvio mitattiin useita kertoja järjestelmän vakauden ja luotettavuuden varmistamiseksi. Lähetettyjen keilojen lukumäärät olivat kaksi, neljä ja kuusi. Piirretyistä lämpökartoista pääteltiin, että kaikissa mittauksissa kaikki synkronointisignaalilohkon (SSB) keilat olivat näkyvissä ja SSB-keilojen suunnat olivat kuten odotettu. Kuitenkin kaikissa mittauksissa ensimmäisen SSB-keilan teho oli hieman pienempi kuin muiden SSB-keilojen, mikä viittaa lievään vikaan keilanmuodostuksessa.

Kuten odotettiin, kahdella lähetetyllä SSB-keilalla puolen tehon kaistanleveys (HPBW) oli leveämpi ja suuntaavuus pienempi kuin neljällä ja kuudella lähetetyllä SSB-keilalla. Kun lähetettiin vain kaksi SSB-keilaa, havaittiin odottamaton tehon putoaminen toisen antennin kohdalla toisen SSB-keilan mittauksessa.

Neljällä ja kuudella lähetetyillä SSB-keiloilla oli suunnilleen sama HPBW ja suuntaavuus. Molempien tapauksien säteilykuvio oli odotusten mukainen. Kuudella lähetetyllä keilalla suorituskyky oli parempi kattavuuden suhteen. Keilat olivat myös mittauksessa tiiviimmin yhdessä, mikä varmistaa, että käyttäjä voi siirtyä saumattomasti keilasta toiseen ilman signaali-kohinasuhteen putoamista. Kuudella lähetetyllä keilalla myös sektoripeitto oli hieman laajempi kuin neljällä lähetetyllä keilalla.

see all

Subjects:
Copyright information: © Janne Koivuranta, 2021. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.