Signal- und Spektrumanalysatoren der Mittelklasse für 5G NR-Tests

| Autor / Redakteur: Martin Schmähling * / Hendrik Härter

Bild 1: HF-Messtechnik: Die beiden Signal- und Spektrumanalysatoren R&S FSV3000 und R&S FSVA3000 sollen die Mittelklasse neu definieren. Neben ihren Leistungsdaten überzeugen die beiden Messgeräte auch beim Bedienkomfort.
Bild 1: HF-Messtechnik: Die beiden Signal- und Spektrumanalysatoren R&S FSV3000 und R&S FSVA3000 sollen die Mittelklasse neu definieren. Neben ihren Leistungsdaten überzeugen die beiden Messgeräte auch beim Bedienkomfort. (Bild: Rohde & Schwarz)

Neue Signal- und Spektrumanalysatoren der oberen Mittelklasse bieten Eigenschaften, die vor ein paar Jahren noch dem Premiumsegment vorbehalten waren. Ein Blick auf die Geräte lohnt sich.

Von einer neuen Gerätegeneration wird erwartet, dass sie die Leistung der Vorgänger übertrifft und die technischen Entwicklungen bei Hard- und Software eingeflossen sind, welche zwischenzeitlich erzielt wurden. Die Signal- und Spektrumanalysatoren R&S FSV3000 und R&S FSVA3000 von Rohde & Schwarz bieten laut Hersteller bessere HF-Daten, eine höhere Messgeschwindigkeit und pfiffige Ausstattungsdetails, womit sie sich als Standardmessgeräte für den Labor- und ATE-Einsatz empfehlen. Mit ihnen lassen sich selbst anspruchsvolle Messaufgaben in der Breitbandkommunikation sowie A&D realisieren.

Die äußerlich und bedientechnisch gleichen Modellreihen R&S FSV3000 und R&S FSVA3000 unterscheiden sich in den Leistungsdaten und Anwendungsschwerpunkten. Mit dem Signal- und Spektrumanalysator R&S FSV3000 lassen sich komplexe Messungen schnell durchführen. Das Messgerät bietet eine hohe Geschwindigkeit und die Bedienung ist für den täglichen Einsatz ausgelegt: sowohl im Labor und in der Produktionslinie. Die neue Ein-Knopf-Messfunktion verkürzt die Zeit, das Messgerät einzurichten.

Parameter automatisch auf das Signal zuschneiden

Auf Knopfdruck werden Parameter wie Mittenfrequenz, Span oder Amplitudenreferenz auf das angelegte Signal zugeschnitten, bei einem gepulsten Signal sogar für den Gated Sweep. Für normkonforme Messungen wie ACLR oder Spectrum Emission Mask (SEM) wählt die Ein-Knopf-Messfunktion automatisch die zur Norm passenden Einstellungen für Kanalabstand, Kanalbandbreite oder Messzeit aus. Hinzu kommen neue Funktionen wie das ereignisbasierte Aktions-GUI „Event-based Actions“. Hier kann der Anwender vorgeben, bei welchen Ereignissen eine entsprechende Aktion ausgeführt werden soll, beispielsweise das Speichern eines Screenshots oder von I/Q-Daten. Dazu ist bei diesen Analysatoren kein externer PC mehr notwendig.

Bei einer Analysebandbreite von bis zu 200 MHz erfasst und analysiert der R&S FSV3000 beispielsweise zwei NR-Träger für 5G gleichzeitig. Im Gegensatz dazu klopft das Modell R&S FSVA3000 bei einer Analysebandbreite von bis zu 400 MHz, einem hohen Dynamikbereich und einem Phasenrauschen von -120 dBc/Hz bei 1 GHz und einem 10-kHz-Offset sogar bei der High-End-Klasse an. Zu seinem Einsatzportfolio gehört beispielsweise die Linearisierung von Leistungsverstärkern, die Erfassung kurzer Ereignisse oder die Charakterisierung frequenzagiler Signale. Die ereignisbasierte Aktions-GUI der beiden Analysatoren soll dabei den Anwender überzeugen.

Es lassen sich mit dem Messgerät seltene Ereignisse einfangen. Der Benutzer muss nur ein Auslösekriterium wie einen ACLR (Adjacent Channel Leakage Ratio) oder Grenzwertfehler aus einem Drop-down-Menü wählen und die gewünschte Aktion auswählen, wie einen Screenshot erstellen oder I/Q-Daten speichern (Bild 3). Tritt das Ereignis ein, wird diese Aktion automatisch ausgeführt und in einem Journal zur späteren Analyse aufgezeichnet.

Beim Aufbau komplexer Messzyklen in einer automatisierten Produktionslinie übernehmen externe PCs die Steuerung der Messgeräte über SCPI-Programme. Der eingebaute SCPI-Rekorder hilft dabei, die Programmierung dieser Steuerskripte zu beschleunigen. Der Anwender führt die Einstellungen einmal manuell am Gerät durch, und der Analysator übersetzt diese in SCPI-Befehle und speichert sie für diesen Messablauf als Script ab. Das lässt sich dann zur Integration in ein externes Steuerskript exportieren und dafür auch in eine der gängigen Programmiersprachen wie C++, Python oder für Matlab übersetzen.

Automatische Synchronisation mit dem Signalgenerator

Für viele HF-Messaufgaben wird eine Kombination aus Signalgenerator und Spektrum-
analysator benötigt. Hier sollte der Anwender darauf achten, dass die Einstellungen häufig aufeinander abzustimmen sind. Sollen beispielsweise die Eigenschaften eines Verstärkers bei bestimmten Mobilfunksignalen vermessen werden, so müssen Frequenz- und Pegeleinstellung von Generator und Analysator zueinander passen. Die smarte Signalgeneratorsteuerung von R&S FSV3000 und R&S FSVA3000 übernimmt diese Synchronisation automatisch, wenn ein R&S SMW200A oder R&S SMBV100B des Herstellers als Signalgenerator verwendet wird (Bild 1). Über den Kopplungsmanager steuert der Analysator dann direkt den Generator an. Frequenz- oder Pegeländerungen am Analysator werden auf den Generator übertragen.

Darüber hinaus lassen sich die SCPI-Rekorder der Geräte koppeln, um ein kombiniertes Fernsteuerprogramm zu erstellen. Zum Vermessen eines Verstärkers mit einem modulierten Signal arbeitet ein Messaufbau mit einem Signalgenerator, dem Prüfling und einem Signalanalysator. Das Messsignal wird vom Signalgenerator erzeugt. Über die smarte Signalgenerator-Steuerung kann ein R&S FSV(A)3000 den Generator direkt ansprechen und die Frequenz und den Pegel für die aktuelle Messung anpassen. Das geht über die Funktion einer externen Generatorsteuerung oder eines Trackinggenerators hinaus: Neu ist, dass dies sogar bei modulierten Signalen möglich ist, und der Generator Signalpegel und Frequenzen entsprechend den Vorgaben des Analysators anpasst. So sind bei Labormessungen vergleichende Messreihen bei verschiedenen Frequenzen oder bei Signalen mit unterschiedlichen Pegeln möglich.

Bild 2: Die ereignisbasierte Aktionsfunktion ermöglicht eine effiziente Fehlersuche. Benutzerdefinierte Regeln zum Auslösen von Aktionen, etwa die Erstellung eines Screenshots, werden bequem am Bildschirm festgelegt.
Bild 2: Die ereignisbasierte Aktionsfunktion ermöglicht eine effiziente Fehlersuche. Benutzerdefinierte Regeln zum Auslösen von Aktionen, etwa die Erstellung eines Screenshots, werden bequem am Bildschirm festgelegt. (Bild: Rohde & Schwarz)

Die Kommunikation zwischen den Geräten erfolgt über SCPI-Befehle. Auch der SCPI-Rekorder erlaubt ein Koppeln der Geräte und die gleichzeitige Aufnahme von SCPI-Befehlen vom Analyzer und vom Generator. Der Anwender erhält ein Script, in dem die Befehle für beide Geräte in der richtigen Reihenfolge aufgeführt sind.

In einem automatisierten Testsystem messen

Die beiden Analysatoren R&S FSV3000 und R&S FSVA3000 sind für Messanwendungen in automatisierten Testsystemen entwickelt. Sie messen das Spektrum, analysieren die Modulation sowie Betriebsarten- und Frequenzwechsel. Alle Funktionen erfolgen in kurzer Zeit. FFT-basierte ACLR- und SEM-Messungen sind schneller als gesweepte Messungen und ohne Nachteile bei der Dynamik. Das Portfolio an Demodulationsoptionen umfasst modernste Standards wie 5G NR (Bild 2), LTE sowie WLAN 802.11ac und ax. Darüber hinaus stehen universelle Messanwendungen wie Rauschzahl, Phasenrauschen, Vektorsignaldemodulation und Verstärkermessungen zur Auswahl. In cloudbasierten Testsystemen erfolgt die Signalanalyse auf Servern. Dazu werden große Mengen an I/Q-Daten übertragen.

Die R&S FSV3000-Familie ist auch für diese Betriebsart vorbereitet. Ihre Signalverarbeitungsarchitektur und die optionale 10-GBit/s-LAN-Schnittstelle ermöglichen den I/Q-Datentransfer zur Netzwerkseite selbst bei den hohen Abtastraten, die für große Analysebandbreiten erforderlich sind.

Bild 3: Bereit für 5G NR – Bei 28 GHz werden die EVM-Werte von besser als 1% für ein 100 MHz breites Signal erzielt.
Bild 3: Bereit für 5G NR – Bei 28 GHz werden die EVM-Werte von besser als 1% für ein 100 MHz breites Signal erzielt. (Bild: Rohde & Schwarz)

Fazit

Für die unterschiedlichen Messaufgaben in Labor und Produktion bieten die beiden Analysatoren R&S FSV3000 und R&S FSVA3000 ganz unterschiedliche Funktionen, kombiniert mit einer hohen HF-Performance und Messgeschwindigkeit. Gerade für den immer komplexer werdenden Messalltag helfen und unterstützen sie durch Autokonfiguration, ereignisbasierte Aktionen und einen SCPI-Rekorder. Als Frontend in einer ATE-Umgebung mit cloudbasierter Signalanalyse streamen sie breitbandige I/Q-Daten über eine LAN-Schnittstelle mit 10 GBit/s an den Cloudrechner (siehe hierzu das Interview).

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* Martin Schmähling ist Produktmanager für die Spektrum- und Signalanalyse bei Rohde & Schwarz und beschäftigt sich mit Mobilfunk und Millimeterwellen-Technik.

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