Entwicklungs- und Verifikationsphase im Mobilfunk Generator für digital modulierte Signale von heute und morgen

Autor / Redakteur: Simon Ache * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Der mehrpfadige High-End-Vektorsignalgenerator R&S SMW200A reduziert komplexe Testaufbauten. Dabei hilft der modulare Aufbau des Gerätes und passt sich den Wünschen der Entwickler an.

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R&S SMW200A: Der High-End Vektorsignalgenerator ist in der Lage, komplexe Testaufbauten bei der Entwicklung von mobilen Endgeräten und Basisstationen einfacher zu gestalten
R&S SMW200A: Der High-End Vektorsignalgenerator ist in der Lage, komplexe Testaufbauten bei der Entwicklung von mobilen Endgeräten und Basisstationen einfacher zu gestalten
(Rohde & Schwarz)

Mobile Dienste und datenintensive Applikationen verlangen nach immer leistungsfähigeren Kommunikationsnetzwerken. Für die Endanwender wird es immer selbstverständlicher, dass der Datendurchsatz steigt. Das setzt voraus, dass die Mobilfunkstandards kontinuierlich weiterentwickelt werden. Dabei sind eine Reihe von Trends zu beobachten.

Zum einen gibt es ein generelles Anwachsen der verwendeten Übertragungsbandbreite. Während ein Kanal bei GSM nur wenige hundert Kilohertz breit war, belegt ein LTE-Träger ein Spektrum von 20 MHz. Für Wireless-Standards wie WLAN IEEE 802.11ac sind sogar Bandbreiten von 160 MHz vorgesehen. Zum anderen werden mehrere Träger gebündelt und gleichzeitig für die Informationsübertragung verwendet. LTE-Advanced definiert beispielsweise die Aggregation von bis zu fünf Trägern, so dass sich eine Gesamtbandbreite von 100MHz ergibt.

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Darüber hinaus setzen alle modernen Mobilfunkstandards auf MIMO-Verfahren, um die spektrale Effizienz zu steigern. Es zeigt sich, dass hier die Entwicklung zu MIMO höherer Ordnung mit 4x2, 4x4 oder 8x2 auszumachen ist.

Vektorsignalgenerator mit modularem Konzept

Mobile Endgeräte und Basisstationen müssen mehr leisten, da Sende- und Empfangseinheiten deutlich komplexer werden. Zudem muss in der Regel eine Vielzahl unterschiedlicher Mobilfunkstandards und -bänder unterstützt werden. Hier ist die Messtechnik gefragt: In der Entwicklungs- und Verifikationsphase von Produkten werden Signalgeneratoren benötigt, die den gestellten Anforderungen gerecht werden und bei komplexen Aufgaben immer noch einfach zu bedienen sind.

Der R&S SMW200A Vektorsignalgenerator von Rohde & Schwarz generiert Signale im Frequenzbereich von 100 kHz bis 3 oder 6GHz. Zudem verfügt das Messgerät über eine leistungsfähige und flexible Basisbandsektion. Der Generator erzeugt digital modulierte Signale, wie sie für die Entwicklung von Breitbandkommunikationssystemen oder für die Verifikation von 3G- und 4G-Basisstationen benötigt werden.

Dank des modularen Konzepts lässt sich das Gerät genau auf die Bedürfnisse des Anwenders zuschneiden: Vom einkanaligen Vektorsignalgenerator bis zum Mehrkanal-MIMO-Receiver-Tester. So kann das Gerät beispielsweise mit zwei internen Basisband-, vier Fadingsimulator-Modulen und zwei HF-Pfaden ausgestattet werden. Man erhält zwei vollwertige Vektorsignalgeneratoren in einem Gerät.

Mobilfunk-Standards von GSM über LTE-A bis TETRA

Multi-Carrier- und Multi-Standard-Testsignale

Signale lassen sich intern mit Frequenz-, Pegel- und Phasen-Offset addieren. Dadurch können Anwender Signalszenarien wie beispielsweise Nutzsignal + Interferer, Dual-Cell oder TX/RX-Diversity mit Real-time-Fading erzeugen. Die Basisbandsektion stellt bis zu acht unabhängige Signalquellen und bis zu 16 logische Fader zur Verfügung. Damit lassen sich Multi-Carrier- und Multi-Standard-Testsignale, wie sie für LTE-Advanced Carrier Aggregation oder die Simulation von Interferer-Szenarien benötigt werden, erzeugen.

Komplexe MIMO-Szenarien werden mit einem Gerät realisiert, egal ob 2x2 MIMO, 8x2 MIMO für TD-LTE oder gleichzeitiges 2x2 MIMO für zwei LTE-Advanced Komponentträger (Bild 1). Werden mehr als zwei HF-Quellen benötigt, kann das Gerät mit externen R&S SGS100A Signalgeneratormodulen erweitert werden. Sie werden direkt über USB oder LAN aus fernbedient. Bei Anwendungen wie 4x4 MIMO benötigt die Lösung fünf Höheneinheiten (Bild 2), die korrekt kodierte Basisbandsignale, Echtzeit-MIMO-Kanalsimulation, AWGN-Generierung und bei Bedarf phasenstarr gekoppelte HF-Ausgangsteile bereitstellt.

Schneller ans Ziel dank durchdachtem Bedienkonzept

Zahlreiche Hilfsfunktionen unterstützen den Anwender auch bei komplexen Signalszenarien. Der Generator besitzt ein grafisches Blockdiagramm, das über ein Touch-Display bedient wird. Gleichzeitig ist der Signalfluss jederzeit klar ersichtlich, da sich die adaptive GUI an den gewählten Betriebsmodus anpasst. Dank des graphischen Signalmonitorings (Spektrum, I/Q oder CCDF) lässt sich das generierte Signal an jedem Punkt des Signalflusses kontrollieren. Testsignale lassen sich direkt über die GUI konfigurieren. Externe PC-Software ist nicht nötig.

Zusammen mit vordefinierten Settings und Testmodellen für alle wichtigen digitalen Standards sowie einem Testcase Wizard für 3GPP FDD und LTE Basisstations-Conformance-Tests stellt dies ein zügiges Arbeiten sicher. Ein kontext-sensitives Hilfe-System mit Remote-Kommandos (SCPI) und weiterführenden Informationen unterstützt den Anwender bei seiner täglichen Arbeit. So lassen sich alle Einstellungsänderungen nach einem Preset markieren. Der SCPI-Macro-Rekorder überführt manuelle Bedienschritte direkt in Remote-Control-Code (plain SCPI oder Matlab). Mit der Macro-Playback-Engine lassen sich die Sequenzen direkt auf dem Signalgenerator ausführen.

Das SSB-Phasenrauschen zusammen mit der Option R&S SMW-B22 beträgt bei einer Trägerfrequenz von 1 GHz und einem Offset von 20 kHz –139 dBc (typ.). Gleichzeitig werden non-harmonics mit bis zu 90 dB oder mehr unterdrückt. Das interne Basisband zeichnet sich durch einen I/Q Modulationsfrequenzgang von 0,05 dB über eine Bandbreite von 160 MHz aus. Bei Breitbandsignalen wie 256 QAM moduliertem WLAN IEEE 802.11ac wird so am HF-Ausgang eine EVM von –49 dB (meas.) erreicht. So lassen sich standardkonforme Mobilfunksignale auf hohem Niveau generieren.

* Simon Ache ist seit 2003 bei Rohde & Schwarz in München als Produktmanager für Signalgeneratoren tätig.

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