Measuring LTE Modulation Quality Over-The-Air

LTE is a step toward the 4th generation (4G) of radio technologies designed to increase the capacity and speed of mobile telephone networks. The main advantages of LTE are high throughput, low latency, plug and play, an improved end-user experience and a simple architecture resulting in low operating costs. A variety of multi-antenna techniques play a key role in delivering these performance improvements.

Transmit diversity uses signals that originate from two or more transmitters with identical data streams, but different coding; this helps overcome the effects of fading, which is one of the major limitations of wireless systems—especially at the cell edge where the signal strength is low. Spatial multiplexing uses multiple input multiple output (MIMO) wireless communications to transmit independent and separately encoded data signals from each of several transmit antennas. Receivers use matrix mathematics to separate the two data streams and demodulate the data. Transmitting data in multiple streams in parallel improves bandwidth but requires a relatively high signal-to-noise ratio. Beamforming uses patterns of constructive and destructive interference on the wavefront to increase and decrease the signal in specific areas, thus improving the SNR at the receiver while decreasing interference.

Multi-antenna methods also increase the difficulty of basic operational and troubleshooting techniques that were much easier with the previous generation of network technology. Spatial multiplexing and beamforming provide the biggest challenges for over-the-air measurements; the dynamic nature of which multi-antenna technique is used at any given moment adds even greater complexity. With spatial multiplexing the different antennas appear to be co-channel interference to a single receiver, thus necessitating a very expensive and heavy measurement device with multiple receivers. Beamforming can also present problems because it increases or decreases the amount of power received in particular areas on a continually changing basis—making reliable measurements of the signal impossible for a passive measurement device. 

While transmit diversity does not present a measurement problem (because multiple antennas’ signals can be recovered with a single receive channel), each Physical Downlink 

Shared Channel (PDSCH) used to transmit LTE data can change multi-antenna mode dynamically based on signal conditions per user. When looking at a captured signal with a measuring instrument, it’s impossible to know if each resource block uses spatial multiplexing, beamforming, or transmit diversity. Of course, you can avoid these complications by directly connecting the instrument to the transmitter. This approach provides the most thorough and accurate measurements of modulation quality so it is essential in many cases. However, there are a number of limitations associated with direct-connect measurements. It takes time to open up a shelter or building. If the transmitter has a test port then connecting to the instrument is not a problem. If there is no test port, then you have to disconnect the transmitter from the antenna which is usually difficult and time-consuming. If the site uses a Remote Radio Head (RRH) or Remote Radio Unit (RRU), then you need to gain physical access to the RF signal. This may not be difficult if the RRH/RRU is mounted inside a building or on a roof with reasonable access, but if the RRH/RRU is mounted on a tower or inaccessible roof, then you need to climb the tower or 

otherwise get access to the transmitter—usually a difficult and expensive process.

Making measurements over the air is much easier and faster which is always important for technicians and engineers with many responsibilities and limited time. Speed is particularly important when troubleshooting a reported problem

Future Gigabit Systems: Towards 4G and Cognitive Radios

Next generation wireless systems’ are supposed to reach ambitious targets in terms of data rate and spectrum efficiency, which can be fulfilled only if a sufficient degree of intelligence and adaptivity can be put into future radios. This tutorial will address a number of intelligent and autonomous techniques that can be implemented in future wireless systems to realize such efficient high rate networks.

After a general introduction on future Gigabit/s systems, some advanced PHY and RRM techniques suitable for achieving “real” 4G targets in terms of data rate and spectral efficiency will be given, keeping especially an eye on smart and flexible design. The concentration will be on multi-antenna techniques, cognitive radios, advanced spectrum management, adaptive scheduling etc. Specifically, challenges and benefits related to flexible and smart spectrum utilization, spectrum sharing and cognitive radio techniques will be touched, as complementary and evolved technologies with respect to the above-mentioned PHY and RRM architectures.

Definiciones, bandabase, pasabanda y modulación

Una forma de onda Bandabase es aquella cuya magnitud espectral es diferente de cero o no cero a frecuencias cercanas al origen (es decir, f=0) e insignificante en otra parte


Una forma de onda Pasabanda  es aquella cuya magnitud espectral es diferente de cero a frecuencias en alguna banda concentrada en torno a la frecuencia f=(+/-)fc, donde  fc >>0. fc se llama frecuencia portadora.


Modulación  es el proceso de implantar la información original en una señal pasabanda con una frecuencia portadora fc mediante la introducción de perturbaciones de amplitud o fase. Esta señal pasabanda se llama señal modulada s(t), y la señal original de bandabase se llama señal moduladora m(t).

* Tomado de SIstemas de Comunicación Digitales y Analógicos (León W. Couch II)

POLIMORFISMO

El polimorfismo consiste en conseguir que un objeto de una clase se comporte como un objeto de cualquiera de sus subclases, dependiendo de la forma de llamar a los métodos de dicha clase o subclases.


Shape s = new Circle();


Shape->Clase Padre
Circle-> Clase Derivada


Estoy creando una variable de referencia del tipo Shape que apunta a un objeto del tipo Circle.
En polimorfismo se realizan llamados a métodos y atributos de forma diferente en compilación que en ejecución.


En tiempo de compilación:
Java observa los métodos y atributos disponibles del tipo de dato de la variable de referencia.
En tiempo de ejecución:
Java observa los métodos y atributos disponibles del tipo de dato del objeto.

Method Overriding

Para que exista Overriding de métodos, se deben cumplir dos condiciones:

1. Debe existir herencia
2. El método debe tener el mismo prototipo en la clase padre y en la clase hijo, es decir el mismo nombre, lista de argumentos y variable de retorno.

public class Shape(){
private String color;

      public void draw(){
            .....................
      }
}


public class Circle()extends Shape{
private int radio;

       public void draw(){
              ......................
       }


}

En el código anterior se muestra el overriding del método draw(), como se observa existe herencia y la lista de argumentos, el nombre y el tipo de dato de retorno es el mismo tanto en la clase padre como en la derivada.

El objetivo del overriding de métodos se puede palpar al momento de hacer uso de Polimorfismo

Clase OBJECT

Esta clase es la raíz en la jerarquía de clases. Cada clase creada en JAVA tiene a OBJECT como su superclase o clase padre, todo objeto; incluyendo los arrays, implementan los métodos de esta clase.

Dentro de los métodos de esta clase tenemos:

public boolean equals(Object O);

public String toString();

public Object clone();

Modificadores de Visibilidad

En java se utilizan modificadores de visibilidad al momento de declarar atributos y métodos, estos modificadores permiten o no la utilización de dichos métodos o atributos.

Public: Acceso desde:

• La misma clase
• Otra clase del mismo paquete
• Subclase de otro paquete
• Otra clase de otro paquete

Protected: Acceso desde:

• La misma clase
• Otra clase del mismo paquete
• Subclase de otro paquete

Default: Acceso desde:

• La misma clase
• Otra clase del mismo paquete

Private: Acceso desde:

• La misma clase

A continuación se muestra un ejemplo de visibilidad dentro de un mismo paquete aplicando los modificadores indicados.

Se muestra un ejemplo de visibilidad tratando de acceder desde otro paquete

Herencia(Constructores)

El constructor de la clase Padre no se hereda, sin embargo al momento de compilar la clase derivada realiza un llamado de forma implícita al constructor vacío del padre en la primera línea de su constructor.

Al momento de crear un constructor en la clase padre, java ya no toma en cuenta el constructor vacio que llamaba al no existir constructor, en la clase derivada aparecerá un mensaje de error debido a la llamada implícita que hace esta al constructor vacío de la clase padre.

La llamada explícita al constructor del padre se realiza mediante Super(......Argumentos.....), en la imagen anterior ya no tenemos errores dado que hemos realizado un llamado explícito a método constructor definido en la clase padre.

HERENCIA(Intro)

La herencia es una relación IS-A entre dos clases

De acuerdo a la figura anterior tenemos cuatro clases(Ave, Ganso, Pato y Gallina) y de acuerdo al diagrama este nos dice que Ganso,Pato y Gallina heredan de Ave.

De la figura podemos decir que un Ganso, un Pato o una Gallina son Aves, por lo que podemos asegurar que una relación de herencia existe entre ellos, donde la clase Ave es la clase padre y las otras son las clases hijas o derivadas.

Se dice que la clase hijo es una versión especializada de la clase padre, dado que tiene todos los atributos y métodos que tiene el  padre y atributos o métodos específicos que la diferencian de otras posibles clases derivadas.

Objetivos de la herencia
El objetivo principal de la herencia es la reutilización de código