Moniulotteisen radioaaltojen etenemiskanavan karakterisoinnin luotettavuusanalyysi

Tässä diplomityössä kehitettiin testausympäristö moniulotteisten radioaaltojen etenemismittausjärjestelmien luotettavuuden testaukseen. Luodun menetelmän sovellusesimerkkinä tutkittiin IDC:n (Institute of Digital Communications) 5 GHz:n etenemismittaussysteemin tarkkuutta yhden ja kahden tulosignaalin sekä todellisen kanavamittausdatan tapauksessa. Työn alkuosassa esitellään mittauslaitteiston toiminta pääpiirteittäin. Tämän jälkeen kuvataan ja vertaillaan neljää eri kanavaestimointialgoritmia. Lisäksi perehdytään antenniryhmän epäideaalisuuksiin ja antenniryhmien kalibrointiin. Työssä luotu testausympäristö perustuu käytettävän antennijoukon elementtien mitattuihin säteilykuvioihin sekä keinotekoiseen tai mittauksista saatuun kanavadataan. Kanavadata sisältää tiedon antennijoukon kuhunkin mittauskanavaan saapuvien signaalien tulosuunnasta, viiveestä, amplitudista, vaiheesta Ja polarisaatiosta. Ideaaliset impulssivasteet luodaan ristikorreloimalla valesatunnainen lähetyskoodi itsensä kanssa. Ideaalista impulssivastetta viivästetään, kerrotaan signaalin tulosuuntaan interpoloidulla säteilykuvion arvolla sekä polarisaatio- ja amplitudikertoimilla. Usean signaalin tapauksessa kunkin mittauskanavan impulssivasteet summataan. Menetelmän avulla voidaan tutkia mm. kohinan, kalibrointivirheiden sekä lähettimessä käytettävän hajotuskoodin epäideaalisuuksien vaikutusta kanavaestimoinnin tarkkuuteen. Sovellusesimerkissä tutkittiin 21 kaksoispolarisaatioelementistä koostuvaa pallomaista antennijoukkoa. Antennijoukon kalibrointimittaus tehtiin NRC:n (Nokia Research Center) radiokaiuttomassa huoneessa. Estimointialgoritmina käytettiin keilanmuodostusta. Tulosten perusteella tutkittu antennijoukko ja keilanmuodostus toimivat hyvin tärkeimmällä kulma-alueella. Yhden signaalin testissä estimointivirheen itseisarvo atsimuuttikulmalle oli keskimäärin 2,0 0 ja elevaatiokulmalle 4,60. Lisäksi havaittiin, että menetelmä tuottaa melko voimakkaita harhasignaaleja elevaatiokulma-alueen reunoille. Kahden samanaikaisesti saapuvan yhtä voimakkaan signaalin erottelukyvyksi saatiin noin 40 0. Todellisen kanavamittausdatan tapauksessa keilanmuodostus toimii melko hyvin. Luodusta testidatasta estimoitu koko mittausreitin elevaatiotehojakauma oli -5 dB:n kohdalla levinnyt noin 1,20 verrattuna alkuperäisestä mittausdatasta estimoituun elevaatiotehojakaumaan. Kalibrointivirheiden vaikutusta tutkittiin lisäämällä säteilykuvioihin komponentti, joka mallintaa radiokaiuttomanhuoneen seinistä tulevia heijastuksia. Tulosten perusteella kalibroinnin virheet vaikuttavat merkittävästi ainoastaan amplitudiestimoinnin tuloksiin. Kohinan vaikutusta tutkittiin lisäämällä impulssivasteisiin kohinaa siten, että kunkin impulssivasteen signaali-kohina-suhde (SNR, Signal-to-Noise Ratio) oli vakio. Kun impulssivasteiden SNR asetettiin 15 dB:iin, kasvoi amplitudin huipusta huippuun vaihtelu noin 1,5 dB Ja polarisaatioerottelukyky heikkeni noin 2 dB verrattuna kohinattomaan tapaukseen. Sen sijaan lisätty kohina ei vaikuttanut merkittävästi viive- ja suuntaestimointiin