Neues von Rohde & Schwarz

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1 Neues von Rohde & Schwarz Testsystem für GSM-Interferenzen Radio Communication Tester für TDMA und AMPS Digitaler, VXI-basierter HF-Empfänger für Funkaufklärungssysteme 2000/III 168

2 Heft /III 40. Jahrgang Interferenzen stören die Kommunikation in GSM-Netzen. Die Ursachen sind vielfältig: Außer stark ausgelasteten Netzen sind es häufig schlecht oder falsch montierte Antennen, ungenügende Einstellung der HF-Leistung u.v.m. ROGER, der neue GSM Interference Analyzer von Rohde&Schwarz, spürt Interferenzen auf und hilft Netzbetreibern bei der Optimierung ihrer Netze (Seite 4). Fachbeiträge Dr. Jürgen Schlienz; Otmar Warnierke Dr. Matthias Wuschek Ralf Plaumann Rudolf Schindlmeier Christian Zühlcke Thomas Bichlmaier Andreas Henkel Theodor Fokken GSM Interference Analyzer ROGER (TS9958): GSM-Interferenzen mit flächendeckenden Messfahrten automatisch erfassen... 4 Messzellen für Emissions- und Störfestigkeitsuntersuchungen Preisgünstige Alternativen zum Absorberraum...7 Universal Radio Communication Tester CMU200: Gefragter Mobilfunktester nun auch mit den amerikanischen Standards TDMA und AMPS Universal Radio Communication Tester CMU200 Beschleunigter Test von GSM-Handys ohne Signalisierung Bildqualitätsanalysator DVQ DVQ ferngesteuert: Digitale Bildqualität zentral überwachen Bildqualitätsanalysator DVQ Der Schlüssel zu hoher Bildqualität Spektrumanalysatoren R3267 und R3273 von Advantest Vielseitige Komplettlösung für den Test von WCDMA/3GPP-Systemen HF-Empfänger EM010 Digitaler, VXI-basierter HF-Empfänger mit ZF-Breitbandausgang Software Thomas Braunstorfinger; Andreas Pauly I/Q-Simulations-Software WinIQSIM CDMA2000-Testsignale in konkurrenzloser Vielfalt Neues von Rohde & Schwarz Heft 168 (2000/III)

3 Repetitorium Sigmar Grunwald Messungen an MPEG2- und DVB-T-Signalen (1) Applikationen Michael Fischbacher Ottmar Steffke MIP-Überwachung in Gleichwellennetzen Spektrumanalysator FSP: Fernüberwachung per Ethernet Panorama Jörg Pfitzner; Georg Schuberth Spektrum-Monitoring- und -Management-System für Sri Lanka Elektromagnetische Wellen enden nicht an Staatsgrenzen Rubriken Roland Minihold Ottmar Gerlach Messtipp: Kleine HF-Pegel schnell und präzise gemessen Mikrowellen-Signalgenerator SMR als Mitlaufgenerator für den EMI-Messempfänger ESI Druckschriften Presse-Echo Kurznachrichten Der Universal Radio Communication Tester CMU200 bewährt sich weltweit in vielen Handy-Produktionslinien als Tester für alle GSM-Varianten. Sein Funktionsumfang ist nun um zwei Nicht-GSM -Netze erweitert, um die amerikanischen Standards TDMA (IS-136) und AMPS (Seite 10). Dem Trend folgend, den Durchsatz in der Handy-Fertigung immer weiter zu steigern, bietet er nun für GSM- Messungen ohne Signalisierung umfangreiche Möglichkeiten (Seite 16). Impressum Herausgeber: ROHDE&SCHWARZ GmbH&Co. KG Mühldorfstraße München Support-Center: Tel Telefax (089) Redaktion und Layout: Ludwig Drexl, Redaktion Technik (München) Fotos: Stefan Huber Auflage Erscheinungsweise: fünfmal pro Jahr ISSN Bezug kostenlos über Ihre Rohde&Schwarz-Vertretung Printed in Germany by peschke druck, München Nachdruck mit Quellenangabe und gegen Beleg gern gestattet. Neues von Rohde & Schwarz Heft 168 (2000/III) 3

4 Fachbeitrag GSM Interference Analyzer ROGER (TS9958) GSM-Interferenzen mit flächendeckenden Messfahrten automatisch erfassen Vergleicht man die Kanalauslastung heutiger GSM-Netze mit dem Straßenverkehr, dann ist für GSM schon fast Rushhour. Neue Übertragungsverfahren wie GPRS oder EDGE verlassen in Kürze weltweit die Pilotphase und sättigen die noch zur Verfügung stehenden Kanal-Ressourcen mit paketierten Daten. Spätestens dann tritt im Wettbewerb die Frage nach hoher Netzqualität in den Vordergrund, zu der keine oder nur geringe Interferenzen zählen. Hinzu kommt, dass je intensiver die Kanäle ausgelastet sind das heute erfolgreich verwendete Frequency Hopping auch weniger vor Interferenzen schützt. Foto 43386/1 BILD 1 Das Interferenz-Mess-System ROGER ist klein und leicht für den mobilen Einsatz. Störungen müssen lokal identifiziert werden Hauptgründe für das Auftreten von Interferenzen sind außer stark ausgelasteten Netzen häufig schlechte oder falsche Montage von Antennen, ungenügende Einstellung der HF-Leistung u.v.m. Egal, was die Ursache ist, Störungen müssen in jedem Fall lokal identifiziert werden. Und weil Handys weder ihren Ort noch die störenden Stationen preisgeben, ist dafür eine geeignete Messtechnik erforderlich. Mit ROGER (TS9958) hat Rohde&Schwarz ein speziell für das Aufspüren von Interferenzen optimiertes Mess-System entwickelt (BILD 1). So arbeitet ROGER Bereits nach kurzer Konfiguration von ROGER kann die Messfahrt beginnen, wobei der Messablauf automatisch von bis zu vier Mobiltelefonen gesteuert wird, das Bedienen des Systems während der Fahrt also entfällt. Hohe Fahrgeschwindigkeiten verkraftet ROGER ausgezeichnet. Die Interferenzmessungen laufen in drei Stufen ab [1]: Feststellen von Interferenz en Messen gestörter/störender Signale Zuordnen dieser Signale zu den aussendenden Basisstationen Die gefundenen Signale lassen sich schon während der Messfahrt oder danach auf einem herkömmlichen PC den Basisstationen zuordnen. Signaldarstellung Signaldarstellungen für zwei Messmodi stehen zur Verfügung: für C0-(BCCH)- oder für Cx-(TCH)-Messungen. Aus dem gestörten Signalgemisch filtert ROGER Frequency-Correction-Bursts (FCCHs) zum Identifizieren von C0- Trägern und stellt sie dar. Die Zeitachse dieser Messung ist ähnlich wie bei einem Fernsehbildschirm in Zeilen aufgeteilt, wobei der Zeilenumbruch so erfolgt, dass benachbarte FCCHs eines M51-Rahmens (51 TDMA-Frames) senkrecht untereinander stehen. Aufgrund des Idle-Bursts am Ende der M51-Rahmenstruktur ergibt sich für jeden gefundenen C0-Träger eine treppenförmige Struktur. So erscheint in der Grafik des C0-Kanals der Serving Cell (SC) 4 Neues von Rohde & Schwarz Heft 168 (2000/III)

5 Fachbeitrag eine Treppenstruktur mit den FCCHs der SC selbst und weitere Strukturen bei C0-Interferenzen. Im Analysefenster für Nachbarkanäle oder TCH-Kanäle der SC bedeutet jede Treppenstruktur, dass C0-Störungen aufgetreten sind (BILD 2). Die Cx-Messung analysiert das Signalgemisch umfassender. Dabei werden Synchronisations-, Dummy-Burst- und Trainingssequenzen gefiltert und nach Zeitschlitzen gruppiert visualisiert. Die Zeitraster, in denen die gemessenen Sequenzen verschiedener Basisstationen (BS) liegen, entsprechen zwei senkrechten Streifen in der Cx-Darstellung, die für verschiedene Sender horizontal verschoben sind. Eine Interferenz ist sofort zu erkennen: wenn neben den beiden SC-Streifen weitere Streifen dargestellt sind (BILD 3). Die ausgewählten Signale schwanken bei einer mobilen Messung wegen Fading, Reflexionen und weiteren externen Einflüssen, so dass verschiedenste Signalmuster entstehen. Aus diesem Grund bereitet ROGER die Interferenzanalyse grafisch auf, weil das menschliche Auge komplexe Muster mit hoher Zuverlässigkeit analysieren kann. BILD 2 Darstellung der FCCH-Bursts aus einem Signalgemisch auf dem C0-Kanal der SC. Deutlich erkennt man zwei FCCH-Strukturen, so dass hier eine starke C0-Störung vorliegt. Diese Signale können mit Hilfe einer Zeitschablone, deren Lage die erwartete Ankunftszeit des Signals einer Basisstation repräsentiert, zugeordnet werden. Die BTS kann als Sender des Signals identifiziert werden, wenn das gemessene Signal innerhalb der Schablone liegt. Basisstationen schnell identifiziert Für das Zuordnen von Störungen zu den in Frage kommenden Basisstationen wird eine für jede BS charakteristische Eigenschaft herangezogen: die erwarteten Ankunftszeiten spezieller Signale am Messgerät. Sie werden aus der Messposition, der erwarteten Sendezeit und dem Standort der BTS ermittelt. Bei Anwahl einer BTS wird die erwartete Ankunftszeit ihrer Signale als Schablone auf die Sequenzgrafik gelegt. Stimmt die Lage dieser Schablone mit einem gemessenen Signal überein, kann dieses der gewählten Station zugeordnet werden. Bei Cx-Messungen reduzieren sich die in Frage kommenden Basisstationen um den Faktor acht auf diejenigen, bei denen BILD 3 Darstellung des gefilterten Signalgemischs zum Untersuchen auf Cx-Störungen, gruppiert nach den einzelnen Zeitschlitzen der TDMA-Rahmen. Neben zwei senkrechten Streifen sind noch weitere Signale zu sehen, welche eine Cx-Störung identifizieren. Diese Signale können analog zu den C0-Störungen den sendenden BTS zugeordnet werden. Neues von Rohde & Schwarz Heft 168 (2000/III) 5

6 Fachbeitrag BILD 4 Leistungsbestimmung eines Störsenders an der Interferenzstelle (Power domain). Dargestellt sind die Häufigkeitsverteilungen der Leistungswerte der Serving Cell (violett) und eines Störsenders (rot). Im oberen Häufigkeitsdiagramm lässt sich die Leistung der SC abstimmen, im unteren die des Störers. Beide Diagramme sind mit geeigneten Voreinstellungen belegt und werden benötigt, wenn eine sehr detaillierte Betrachtungsweise der Leistungsstatistik gewünscht ist. Bis zu vier Störsender lassen sich so für eine Interferenzmessung klassifizieren. Im Teildiagramm Time domain werden die Mobile-Daten im Interferenzgebiet dargestellt. Hier lässt sich die gestörte Mess-Strecke eingrenzen. BILD 5 Messreport für die gefundenen Interferenzen. Die Werte werden nach einer identifizierten Interferenz automatisch erstellt. Base-Station-Color- und Trainingssequenz-Code identisch sind (BILD 3 und 4). Die selektierte BS wird zusätzlich auf einer Karte dargestellt, wodurch sich die Ausbreitungsbedingungen von Server und Interferer vergleichend einschätzen lassen [1]. Leistungsbestimmung In den oben genannten Interferenzdiagrammen sind die Leistungswerte durch entsprechende Farbwerte gekennzeichnet, wodurch die Störung prinzipiell beurteilt werden kann. Für Optimierungsmaßnahmen stellt das Mess-System den dynamischen C/I-Wert nach dem Markieren der SC- und Interferer- Signale basisstationsspezifisch bereit. Die gemessenen und gemittelten Leistungswerte können visualisiert und bei Bedarf modifiziert werden. Eine solche Modifikation erlaubt es, die bei mobiler Messung vorhandene Dynamik der Störungen zu bewerten (BILD 4). Die Ergebnisse der Leistungsanalyse werden schließlich in einer Datei gespeichert und ein Messreport der analysierten Interferenzen erzeugt (BILD 5). Letzterer kann die Basis für Änderungen in der Netzplanung sein. Hardware ROGER besteht aus: dem Messempfänger TS55-RX bis zu vier Test-Mobiltelefonen verschiedener Hersteller einem GPS-Empfänger einem Steuerrechner, bestückt mit A/D-Wandlerkarte und Signalverarbeitungskarte Der Messempfänger TS55-RX befindet sich im Steuerrechner, wodurch Gewicht und Größe von ROGER recht klein ausfallen. Das Mess-System verwendet die Mess-Software ROMES3 von Rohde& Schwarz [2], dadurch ist moderne Bedienung und Wiederverwendung von Positionsdatenquellen und Mobiltelefon-Anbindungen selbstverständlich. So ermöglicht diese Software durch den Einsatz eines Indoor- Moduls sogar das Erfassen von Interferenzen in Gebäuden [2]. ROGER kann optional mit einer Wegtriggerung versehen werden, so dass es neben dem Einsatz als Interferenzmessgerät auch Aufgaben der klassischen Versorgungsmessung übernehmen kann. Insbesondere die Möglichkeit zur Erweiterung mit bis zu acht zusätzlichen Mobiltelefonen unterschiedlicher Standards (GSM900/1800, CDMA, GPRS), erlaubt die platz- und kostensparende Lösung verschiedener Aufgaben mit einem Gerät. Dr. Jürgen Schlienz; Otmar Warnierke LITERATUR [1] Wanierke, Otmar: Mobile Interferenzmessung in GSM-Netzen. Neues von Rohde& Schwarz (1998), Nr. 160, S [2] Maier, Johann; Spachtholz, Andreas: Mess- Software ROMES3 Daten aus Versorgungsmessungen erfassen, analysieren und visualisieren. Neues von Rohde&Schwarz (2000), Nr. 166, S Näheres unter Kennziffer 168/01 6 Neues von Rohde & Schwarz Heft 168 (2000/III)

7 Fachbeitrag Messzellen für Emissions- und Störfestigkeitsuntersuchungen Preisgünstige Alternativen zum Absorberraum Die Durchführung von Messungen zum Nachweis der Einhaltung einschlägiger Regelungen über Störaussendung und -festigkeit von elektronischen Geräten erfordert entweder ein eigenes Prüflabor oder das Einschalten eines externen Dienstleisters. Gerade für kleine und mittelständische Unternehmen, die häufig derartige Messungen durchzuführen haben, kann beides teuer werden. Eine Alternative hierzu bieten kompakte Mess-Systeme, die entwicklungsbegleitende Messungen und die Vorbereitung auf die Endabnahme im eigenen Entwicklungslabor ermöglichen. Rohde&Schwarz hat mehrere Messzellen im Programm, die zusammen den Frequenzbereich von 150 khz bis 40 GHz abdecken und sich teilweise auch mit Klimakammern ausrüsten lassen (BILD 1). BILD 1 M-LINE mit Klimakammer: Damit können Messobjekte im Temperaturbereich von 25ºC bis +50 ºC auf ihre EMV-Eigenschaften getestet werden. Foto 43418/10 Messung im eigenen oder im externen Prüflabor? Normgerechte Messplätze und -Systeme erfordern viel technisches Knowhow, eine umfangreiche messtechnische Ausstattung und in der Regel auch geschirmte Absorberräume. Die hierfür notwendigen Investitionen (mehrere Hunderttausend bis einige Millionen DM) sind für kleine oder mittelständische Unternehmen kaum rentabel. In vielen Fällen wird deshalb ein externes Prüflabor hinzugezogen. Allerdings schlagen die Kosten für das vollständige Durchführen der Messungen bei einem externen Dienstleister mit Stundensätzen zwischen 200 DM und 500 DM zu Buche. Es lohnt sich also zu überlegen, welche Leistungen durch das Beschaffen nur eines Teils der notwendigen Messtechnik im eigenen Entwicklungslabor selbst erbracht werden können. Bereits mit relativ geringen Investitionen lassen sich entwicklungsbegleitende Messungen (Pre-Compliance-Tests) im eigenen Haus durchführen, wodurch das Einschalten eines entsprechend ausgestatteten externen Prüflabors nur noch für die Endabnahme (Compliance-Test) notwendig ist. Dies ermöglicht nicht nur deutliche Kosteneinsparungen, sondern auch Zeitvorteile durch einen geringeren Versand- und Reiseaufwand. S-LINE: Messumgebung für Frequenzen bis 1 GHz Kostenoptimierte Ausstattungspakete für das Durchführen entwicklungsbegleitender Emissions- und Störfestigkeitsmessungen im Frequenzbereich von 150 khz bis 1 GHz hat Rohde&Schwarz bereits vor einigen Jahren entwickelt [1]: Das Anwendungspaket für Emissionsmessungen besteht aus einem EMI- Messempfänger Neues von Rohde & Schwarz Heft 168 (2000/III) 7

8 BILD 2 S-LINE ist eine sehr kompakte und kostengünstige EMV-Messzelle, die für das Durchführen von Emissions- und Störfestigkeitsmessungen an Prüfobjekten bis zu einer Größe von 500 mm x 500 mm x 500 mm eingesetzt werden kann. Foto 43101/2 ESPC, einer geschirmten Messzelle S-LINE (TEM-Leitung) und einem PC mit der EMV-Software ESPC-K1. Die kompakte EMV-Messzelle findet aufgrund der geringen Abmessungen von nur 1,5 m x 1 m x 1 m (S-LINE 1000) bzw. 1 m x 0,8 m x 0,8 m (S-LINE 700) in praktisch jedem Entwicklungslabor Platz (BILD 2). Die S-LINE bietet eine hohe Schirmdämpfung von mehr als 60 db und gewährleistet bei Störfestigkeitsuntersuchungen eine gleichmäßige Feldstärke im Prüfvolumen (max. 50 cm x 50 cm x 50 cm). Das Prüfobjekt ist durch die große Türöffnung an der Frontseite der Kammer leicht zugänglich und kann durch das geschirmte Fenster und die Kammerbeleuchtung während der Messungen gut beobachtet werden. Für die Messung der Störfestigkeit besteht die Messanordnung neben der S-LINE aus einem Signalgenerator mit HF-Verstärker, einem Leistungsmesser und einem Feldsensor. Je nach Art der eingesetzten Geräte lassen sich dabei im Frequenzbereich 150 khz bis 2 GHz Feldstärken von über 50 V/m erreichen. Ein PC mit der Software EMS-K1 übernimmt auch hier das Steuern und Überwachen der Messanordnung sowie das Erfassen und Auswerten der Messergebnisse entsprechend der jeweiligen Normen. BILD 3 An der linken Innenwand der M-LINE ist ein Hornstrahler befestigt, über den ein Signal in die Zelle eingespeist bzw. Abstrahlungen des Messobjekts empfangen werden können. Foto Rohde&Schwarz Die S-LINE ist zudem in einer speziellen Produktionsversion verfügbar, die sich für die Integration in eine automatische Fertigungslinie eignet. Diese Version verfügt über ein selbständig schließendes Schott an der Rückseite, über das die Prüfobjekte durch ein automatisches Zuführungssystem in die Messzelle eingebracht werden können. M-LINE: Messungen im Frequenzbereich über 1 GHz Aufgrund der stark zunehmenden Nutzung des Frequenzspektrums über 1 GHz durch die drahtlose Sprachund Datenkommunikation steigen auch die Anforderungen an die Messung er- 8 Neues von Rohde & Schwarz Heft 168 (2000/III)

9 Fachbeitrag wünschter und unerwünschter Aussendungen der beteiligten Geräte. Derartige Messungen sind beispielsweise bei der Typprüfung von Endgeräten und in den einschlägigen EMV-Normen vorgeschrieben. Einige dieser Normen decken bereits seit längerem den Mikrowellenbereich ab (z. B. MIL- STD 461/462D, ISO11452), während andere hinsichtlich einer Ausweitung des Frequenzbereiches für Störfestigkeitsprüfungen von 1 GHz auf 2 GHz (z.b. IEC ) erst vor kurzem überarbeitet wurden. Im Bereich der Typprüfung von Geräten für die drahtlose Sprach- und Datenkommunikation z.b. Bluetooth sind gestrahlte Spurious-Emmissions-Messungen bis 13 GHz notwendig. Rohde&Schwarz hat daher auf der Basis der EMV-Messzelle S-LINE eine neue Messzelle für die Anwendung im Mikrowellenbereich entwickelt [2]. Im Gegensatz zur S-LINE dient hier wegen der höheren Frequenzen anstatt einer symmetrischen TEM-Leitung eine eingebaute Antenne zur Feldeinkopplung. Aufbau und Eigenschaften Die äußeren Abmessungen der M-LINE entsprechen denen der S-LINE Um Reflexionen zu vermeiden, ist die Zelle mit 21 cm hohen pyramidenförmigen Absorbern ausgekleidet. Sie weisen bei einer Frequenz von 1 GHz eine Dämpfung von 30 db auf, die bei höheren Frequenzen sogar bis auf einen Wert von 50 db ansteigt. Die Messzelle erreicht somit im nutzbaren Frequenzbereich von 0,8 GHz bis 40 GHz eine Reflexionsdämpfung von 25 db bis zu 35 db in einem ruhigen Volumen von 40 cm Durchmesser. Für Störfestigkeitsuntersuchungen kann in der M-LINE eine homogene Fläche von 30 cm x 30 cm erzeugt werden, bei einer maximalen Entfernung zwischen Antenne und Messobjekt von 70 cm. Optional kann die M-LINE auch mit einem halbautomatischen Messobjekt-Positionierer ausgestattet werden. Je nach Anwendung und Frequenzbereich lassen sich unterschiedlichste Antennen wie Hornstrahler, zirkular polarisierte oder kleine logarithmisch-periodische Antennen einsetzen (BILD 3). Messungen mit verschiedenen Antennen zeigen, dass im Inneren der M-LINE bei 200 W Verstärkerleistung im Frequenzbereich von 1 GHz bis 7,5 GHz Feldstärkewerte von typisch 100 V/m erzielbar sind. Zwischen 7,5 GHz und 18 GHz erzielt man mit gleicher Leistung sogar typisch 200 V/m. Für Messungen unter extremen Umgebungsbedingungen besonders bei Typprüfungen, lässt sich die Messzelle mit einer Temperaturkammer ausstatten (BILD 1). Damit kann das Prüfobjekt Temperaturen zwischen 25 C und +50 C ausgesetzt werden. Die Temperaturen in der Kammer lassen sich dabei über ein integriertes Bedienfeld manuell einstellen oder über eine serielle Schnittstelle fernsteuern. Anwendungsschwerpunkte M-LINE Die M-LINE wurde speziell für Messungen im Mikrowellenbereich an kleinen Messobjekten entwickelt. Sie eignet sich dabei für entwicklungsbegleitende Emissions- und Störfestigkeitsmessungen in einem Frequenzbereich von 0,8 GHz bis 40 GHz. Darüber hinaus lässt sich die M-LINE auch zur Durch- Kurzdaten S-LINE Frequenzbereich Eingangsleistung Eingangsimpedanz Uniform Area S-LINE 1000 S-LINE 700 Kurzdaten M-LINE Frequenzbereich Eingangsleistung Ruhiges Volumen Näheres Leserdienst Kennziffer 168/02 führung von HF-Tests über die Luftschnittstelle in der Produktion einsetzen. Diese Art von Messungen sind bei vielen Produkten, die mit Frequenzen über 800 MHz arbeiten wie beispielsweise HF-Baugruppen, Mobil- oder Satellitentelefone erforderlich. Bei der Entwicklung der Messzelle wurde dabei bewusst eine untere Grenzfrequenz von 800 MHz angestrebt, damit auch Mobiltelefone, die im GSM900-Band arbeiten, geprüft werden können. Fazit Solche Kleinsysteme sind in Abhängigkeit von der Ausstattung bereits für deutlich weniger als 100 TDM erhältlich. Durch den geringeren Zeitaufwand für die Durchführung von entwicklungsbegleitenden Messungen sowie durch die Kosteneinsparungen für externe Dienstleistungen ist eine Amortisation innerhalb kurzer Zeit möglich. Dr. Matthias Wuschek LITERATUR [1] Göpel, Dr. Klaus-Dieter: EMV-Messzelle S-LINE: Kompakte EMV-Messzelle mit hoher Feldhomogenität und weitem Frequenzbereich. Neues von Rohde&Schwarz (1996), Nr. 151, S [2] Wuschek, Dr. Matthias: Ruhige Messumgebung für Frequenzen im GHz-Bereich. EMV-ESD, Nr. 1/2000, S khz 2 GHz 100 W CW max. 50 Ω ca. 50 cm x 50 cm ca. 35 cm x 35 cm 800 MHz 40 GHz 200 W CW max. 400 mm Durchmesser (mit einer Reflexions dämpfung typ. 35 db) Neues von Rohde & Schwarz Heft 168 (2000/III) 9

10 Fachbeitrag Universal Radio Communication Tester CMU200 Gefragter Mobilfunktester nun auch mit den amerikanischen Standards TDMA und AMPS Der digitale Standard TDMA TDMA (Time Devision Multiple Access) ist ein Mobilfunknetz nach dem Standard TIA/EIA-136, ein System, ähnlich GSM. In den USA und Südamerika wird TDMA im US-Cellular- Band (800 MHz) und dem PCS- Band (1900 MHz) angewendet. Mit der Software CMU-K27 und -K28 deckt der CMU200 beide Varianten ab. Die geringe TDMA-Kanalbandbreite von lediglich 30 khz wurde aus Gründen der Kompatibilität zum analogen AMPS-Kanalraster gewählt. Tatsächlich ist TDMA eine digitale Erweiterung von AMPS und wird deshalb auch DAMPS (Digital AMPS) genannt (Details zu AMPS Seite 14). TDMA verdreifacht die Kapazität von AMPS bei besserer Sprachqualität. TDMA-Handy-Besitzer nutzen die Vorteile des digitalen Systems hauptsächlich in den Ballungsgebieten, während den Anwendern in den Weiten des amerikanischen Kontinents die ausgezeichnete Flächen deckung von AMPS zugute kommt. TDMA bringt in der 30-kHz-Bandbreite drei Gespräche unter, wozu die Zeit in 40-ms-Rahmen mit je sechs Zeitschlitzen zu 6,66 ms eingeteilt wird. Ein Gespräch belegt dabei zwei Zeitschlitze, jeweils den 1. und 4., 2. und 5. oder 3. und 6.; das Handy sendet also jeden dritten Zeitschlitz einen Burst. Foto 43238/11 Die Modulationsart ist π/4-dqpsk (Differential Quadrature Phase Shift Keying). Mit jedem Burst werden 162 Symbole übertragen. Das sind 324 bit, da jedes Symbol zwei Bit codiert. 10 Neues von Rohde & Schwarz Heft 168 (2000/III)

11 Fachbeitrag Der Universal Radio Communication Tester CMU200 (BILD links) bewährt sich weltweit in vielen Handy-Produktions linien als Tester für alle GSM- Varianten. Sein Funktionsumfang ist nun um zwei Nicht-GSM -Netze erweitert, um die amerikanischen Standards TDMA (IS-136) und AMPS. Anders als in Europa konkurrieren in den USA die drei Mobilfunknetze GSM, CDMA (IS-95) und TDMA (IS-136). Außer in den USA gewinnt TDMA in Südamerika mehr und mehr an Bedeutung, wodurch sich der TDMA-Markt nochmals deutlich vergrößert. Daneben existiert als viertes System immer noch das analoge AMPS als zweiter Modus bei CDMA- und TDMA-Handys, so dass ein Funkmessplatz für Produktion und Service dieser Geräte auch den Standard der 1. Netzgeneration beherrschen muss. Die TDMA-Messungen im Detail Ähnlich wie bei GSM bietet der CMU200 [1] auch bei TDMA für alle Messungen übersichtliche Pop-up- Menüs, sein Bedienkonzept ist für alle Netze identisch. Einmal für ein Netz erstellte Fernsteuerprogramme lassen sich größtenteils auch für andere Netze verwenden. Für die meisten Messungen bietet der Messplatz Statistikauswertung und automatische Grenzwert-Überprüfung, wobei Signalprozessoren die Mittelungen im Hintergrund durchführen. Damit ist die Messzeit nicht durch die weniger schnelle Bildausgabe beeinträchtigt. Neben Messungen bei aufgebauter Verbindung (Signalling-Betrieb) stehen die Messungen alternativ auch im Non-Signalling-Betrieb zur Verfügung. Letztere eignen sich für Module, die keinen kompletten Verbindungsaufbau ermöglichen. Für Messungen daran sind Sender und Empfänger des CMU200 im Frequenzbereich von 10 MHz bis 2,7 GHz unabhängig voneinander einstellbar und nicht an Frequenzbänder und Kanalraster gebunden. Power Versus Time Das zeitlich exakte Ein- und Ausschalten der Leistung ist essenziell für TDMA- Systeme. Die Messvorschrift schreibt bei der Power-Versus-Time-Messung ein 100-kHz-Messfilter vor. Da es sich um kein Matched Filter handelt, ist die Leistung selbst bei Symbolzeitpunkten nicht konstant. Die Darstellung der Power-Versus-Time-Messung bietet einoder achtfaches Oversampling. Die starken, modula tionsartbedingten Leistungseinbrüche sind erst bei einem Faktor 8 erkennbar (BILD 1). Die Leakage Power ist die Sendeleistung des Handys zwischen den Bursts. Hier ist ein maximaler Pegel von 60 dbm zugelassen. Große Sendeleistungen des Handys erfordern eine hohe Messdynamik; so bedingen beispielsweise 30 dbm Sendeleistung eine Messdynamik von 90 db für das Überprüfen des geforderten Ausschaltpegels. Mit einem Messfilter von 100 khz Bandbreite ist dies in ein- und derselben Messung nicht möglich. Der CMU200 geht hier automatisch in eine Zweischrittmessung mit Bereichsanpassung über und gewährleistet damit eine ausreichende Dynamik. Bei der Power-Versus-Time-Messung im Signalisierungsmodus bietet der CMU200 als zweite Messapplikation das Überprüfen des sog. Shortend Burst. Diesen verkürzten Burst nützt das System für die Zeitschlitzsynchronisation während der Kanalwechsel und beim Verbindungsaufbau. Wird BILD 1 Ergebnisse einer Power-Versus-Time-Messung mit achtfachem Oversampling in Toleranzmaske. Ein defektes Handy würde das Gespräch im Nachbarzeitschlitz stören. BILD 2 Gleichzeitige und übersichtliche Darstellung aller Ergebnisse der Modulations analyse mit dem CMU200. Neues von Rohde & Schwarz Heft 168 (2000/III) 11

12 Fachbeitrag diese Applikation angewählt, dann provoziert die Signalisierungseinheit des Messplatzes automatisch Shortend Bursts vom Handy und wertet sie bei der Power-Versus-Time-Messung aus. Modulationsanalyse Die Modulationsqualität wird mit der Error Vector Magnitude (EVM-Messung) erfasst. Der Messplatz ermittelt dazu den Fehlervektor, den Vektor zwischen idealem und gemessenem Signal, jeweils zu Symbolzeitpunkten und gibt den Betrag als Kurve über der Zeit aus. Aus diesem Datensatz werden noch weitere Kenngrößen wie der Spitzenwert (Peak EVM) und der Effektivwert (RMS EVM) berechnet. Bevor sich der gemessene Datensatz für die EVM-Bestimmung verwenden lässt, müssen weitere Modulationsfehler wie Frequenzfehler, Timing-Fehler, Origin Offset und I/Q Imbalance bestimmt und im Datensatz korrigiert werden. Laut Definition tragen sie nicht zur EVM bei und sind als eigene Fehlerquellen zu betrachten. Der CMU200 berechnet alle diese Ergebnisse gleichzeitig und stellt sie übersichtlich dar (BILD 2). Bei der Modulationsanalyse bietet der CMU200 zwei weitere Applikationen: Die Phasenfehler- und die Magnitude-Error-Messung. Diese wichtigen Kenngrößen werden wie die EVM als Kurven und als Zahlenwerte dargestellt. Das Overview-Menü der Modulationsanalyse bietet eine Zusammenfassung aller Zahlenergebnisse auf einen Blick (BILD 3). Die schnelle Wiederholrate der Messungen erlaubt dabei den Abgleich von Handy-Parametern in Echtzeit. Spektrum-Messungen Die Vorschrift sieht hier Messungen in den drei nächsten Nachbarkanälen vor, jeweils über und unter dem eigenen Kanal. Man unterscheidet dabei zwei Arten von Störspektren. Zum einen die Schalttransienten, hervorgerufen durch das Ein- und Ausschalten der Leistung. Sie befinden sich am Anfang und am Ende des Bursts (spectrum due to switching). Diese Spektralanteile werden durch eine Spitzenwertmessung (ACP Peak) ermittelt. Die zweite Art Störspektren werden durch die Modulation hervorgerufen (spectrum due to modulation). Die Spektralanteile lassen sich durch eine Mittelung der Nachbarkanalleistung über einen definierten Bereich in der Mitte des Bursts ermitteln (ACP RMS). Auch hier präsentiert sich der CMU200 mit höchster Messgeschwindigkeit. Er erfasst mit einer breitbandigen Messung alle sieben zu untersuchenden Kanäle auf einmal (BILD 4) und wertet die Ergebnisse statistisch aus. Für tiefergehende Untersuchungen beispielsweise eines Ausreißers lässt sich einer der Kanäle im Zeitbereich darstellen und mit der Applikation ACP Time Domain auswerten. Damit können die Ursache für eine überhöhte Nachbarkanalleistung, z. B. zu große Switching-Transienten an einer der beiden Flanken, analysiert werden (BILD 5). Empfängermessungen Empfängermessungen sind meist Bitfehlerratenmessungen (BER, Bit Error Rate); sie befinden sich beim CMU200 im Menü Receiver Quality. Der TDMA- Standard sieht für BER-Messungen einen Spezialmodus des Mobiltelefons vor, mit dessen Hilfe es unmittelbar d.h. ohne Signalisierung einen Sprachkanal aufbaut und die empfangenen Daten zur Auswertung an den Tester zurückschickt (Loop Back). Des- BILD 3 Zusammenfassung aller Zahlenergebnisse der Modulationsanalyse im Overview-Menü. BILD 4 Spectrum due to modulation. Für alle Kanäle wird neben den aktuellen Werten der Langzeit-Spitzenwert (ACP Peak (Peak)), der max. Effektivwert (ACP Peak (RMS)) und der gemittelte Effektivwert (ACP Avg (RMS)) ausgegeben. 12 Neues von Rohde & Schwarz Heft 168 (2000/III)

13 Fachbeitrag halb ist die BER-Messung bei TDMA in der Funktionsgruppe Non Signalling untergebracht. Der HF-Generator erzeugt den Sprachkanal mit Zufallsdaten, auf den sich das Funkgerät per Service Mode synchronisiert. Das Auswerten der Bitfehler geschieht dann im Receiver-Quality-Menü. Während einer aufgebauten Verbindung sendet das Handy Informa tionen zur Basisstation. Sie dienen der Entscheidungsfindung darüber, ob der eigene Sendepegel angepasst oder das Gespräch an eine andere Basisstation übergeben werden muss. Der CMU200 stellt alle vom Handy gesendeten Informationen im Receiver-Quality-Menü zur Verfügung (BILD 6). Die Werte BER und RSSI (Radio Signal Strength Indicator) beziehen sich auf den eigenen, gerade aktiven Sprachkanal. BER ist die Bitfehlerrate in groben Stufen, die das Handy beim Empfangen erkennt. RSSI ist die Leistung der Basisstation, wie sie an der Handy- Antenne gemessen wird. Außer Informationen über den eigenen Kanal übermittelt das Handy Leistungsmesswerte über bis zu 24 weitere Nachbarkanäle. Per Signalisierung erfährt es, welche Kanäle protokolliert werden sollen. Im Menü Connection Control/Network lässt sich diese Liste auswählen. Hand Offs Natürlich beherrscht der CMU200 die grundlegenden Signalisierungen wie Registrierung, Verbindungsaufbau, Kanal- und Zeitschlitzwechsel. Da TDMA-Handys meist die drei Systeme TDM (800 MHz), TDMA (1900 MHz) und AMPS beherrschen, spielen außerdem Hand Offs, d.h. Wechsel zwischen diesen Systemen, eine wesentliche Rolle. Der CMU200 bietet Hand Offs von jedem der drei Netze in jedes beliebige andere. Hand Offs dienen nicht nur zum Test von Handys. In der Fertigung werden sie auch dazu verwendet, möglichst schnell von einem Band oder Netz in das nächste zu gelangen und damit die Zeit für das erneute Registrieren und den Verbindungsaufbau zu sparen. Eine interessante Eigenschaft des CMU200 ist die Möglichkeit zur Definition des Verhaltens nach dem Verbindungsabbruch im neuen Netz. Zwei Varianten kommen in Frage: Es existiert der alte Control Channel im alten Netz noch, oder es wird ein neuer Control Channel im neuen System aufgebaut. Hier interessieren das Verhalten des Handys und die Roaming-Zeit, d.h. die Zeit, die das Handy braucht, um den Control Channel zu finden und sich gegebenenfalls erneut zu registrieren. Das Hand-Off-Menü unterscheidet zwischen komplettem Hand Off und dem Hand Off mit Fallback. Letzterer bezeichnet die Rückkehr in das Ausgangsnetz nach Abbruch der Verbindung. Other Calls Eine Zwischenstufe auf dem Weg zu TDMA ist der Standard IS-54. Zwar nutzt er die analogen AMPS-Steuerkanäle, der Sprachkanal ist aber bereits digital. Dieser Zwischenschritt verdreifachte die Sprachkanalkapazität. Noch heute ist dieser Mechanismus im System enthalten. Mehr noch: Ist ein Handy in einem der drei Netze registriert, erlaubt das Protokoll den Verbindungsaufbau direkt in jedes andere Netz. Der CMU200 beherrscht auch diese Varianten. BILD 5 Überhöhte Nachbarkanalleistung durch zu große Switching- Transienten. BILD 6 Mobile Assisted Hand Off (MAHO): Die vom Handy an die Basisstation gesendeten Informationen listet der CMU200 im Receiver- Quality-Menü der Signalling-Funktionsgruppe auf. Neues von Rohde & Schwarz Heft 168 (2000/III) 13