Bandbreite und Dynamik für künftige Systeme und Verfahren

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1 R&S FSQ Bandbreite und Dynamik für künftige Systeme und Verfahren Der R&S FSQ trägt der Entwicklung zu Übertragungssystemen mit immer höheren Datenraten (z.b. Wireless LN) und zu Mehr träger-sendeeinrichtungen Rechnung. Mit 8 MHz nalysebandbreite ist er für die kommenden Verfahren und Systeme bestens vorbereitet. Dabei geht er keinen Kompromiss bei der Dynamik ein, so dass er die nforderungen aller Übertragungsstandards leicht BILD Der neue R&S FSQ bietet beste Voraussetzungen für die Signalanalyse an breitbandigen Übertragungssystemen und von Multi-Carrier-Signalen. 4878/5 erfüllt. Mit ergänzbaren Firmware- pplikationen lässt er sich ohne Hardware-Erweiterungen je nach Bedarf zum Multi-Standard- und zum Multi- Carrier-nalysator erweitern. Solide weiterentwickelt nalog zu den Spektrum analysatoren der Familie R&S FSE [] und den der Familie R&S FSIQ [] setzt Rohde&Schwarz diese erfolgreiche Modellpolitik mit den Spektrumanalysatoren R&S FSU [] und den neuen R&S FSQ fort. Der R&S FSQ (BILD ) ist für drei verschiedene Frequenzbereiche verfügbar: R&S FSQ Hz bis,6 GHz R&S FSQ8 Hz bis 8 GHz R&S FSQ6 Hz bis 6,5 GHz Der analoge HF-Teil des nalysators entspricht sowohl im ufbau als auch in den Eigenschaften im wesentlichen dem der FSU-Familie, wobei jedoch Maßnahmen getroffen sind, um Signale mit bis zu 8 MHz HF-Bandbreite auch vektoriell analysieren zu können. Wie der R&S FSU zeichnet auch er sich aus durch hohe Empfindlichkeit ( 55 dbm(hz) bei GHz), hohe ussteuerfestigkeit (5 dbm Intercept-Punkt dritter Ordnung bei GHz) und geringes Phasenrauschen speziell bei hohen Trägerabständen ( 6 dbc(hz) in MHz bstand). Damit sind die besten Voraussetzungen geschaffen für die Signalanalyse an breitbandigen Übertragungssystemen und von Multi-Carrier-Signalen. Speziell die Messungen an Multi-Carrier-Signalen fordern eine extrem hohe Dynamik des nalysators. Weder das Eigenrauschen noch die Eigeninter- 7 Neues von Rohde&Schwarz Heft 74 (/II)

2 I-Speicher 6 Msample,4 MHz ZF-Filter 4 bit D Equalizer/ Resampler cos NCO,4 MHz Resampler,5 Dezimierung Prozessor / 5 khz / / / 5 / / MHz wide f S = 8 MHz / 8,4 MHz sin Q-Speicher 6 Msample Sampling-Rate khz 8,6 MHz Trigger BILD btast- und digitales Mischkonzept des R&S FSQ. modulation oder das Phasenrauschen darf die Messung der Leistung in den nicht belegten Kanälen beeinflussen. lle drei Größen schränken die Messdynamik ein. Die hohe ussteuerfähigkeit und das geringe Eigenrauschen von 89 dbm in 4 MHz Bandbreite führen bei 4-Trägersignalen nach GPP-WCDM zu einer Dynamik im Nachbarkanal von ca. 67 db. Dank des RMS-Detektors und einer internen Routine zur Kompensation des Eigenrauschens kann die Dynamik um bis zu db auf ca. 77 db erhöht werden. Bei nur einem WCDM-Träger sind damit sogar Pegelabstände im Nachbarkanal bis zu 84 db erreichbar (BILD ). Damit erzielt der R&S FSQ auch bei WCDM-Mehrträgersignalen die von vielen nwendern für Einzelträger geforderte Mindestdynamik von 75 db im Nachbarkanal. uch bei der Messung von Nebenaussendungen kommt die große Dynamik des nalysators zum Tragen. Der hohe -db-kompressionspunkt des Eingangsmischers (+ dbm) erfordert nur ein Minimum an externem Filteraufwand sowohl bei Mobilfunkübertragungssystemen der zweiten als auch der dritten Generation [4]. So können abstimmbare Notch-Filter vollständig vermieden werden. Die einstellbare nzahl von Messpunkten (bis zu pro Messkurve) erlaubt in Verbindung mit dem RMS-Detektor die Messung der Leistung auch über weite Frequenzberei- che in einem Sweep. Die Messzeit beanspruchende Unterteilung in mehrere Teil- Sweeps entfällt damit. Die Maximalpegel über einer definierbaren Schwelle sucht der Signalanalysator selbstständig, listet sie in einer Tabelle auf oder überträgt sie bei Fernsteuerung an den Steuerrechner. BILD Messung der Nachbarkanalleistung an Multi-Carrier-WCDM- Signalen mit Rauschkompensation. Ref - dbm - c c -4-5 c RM * *tt 5 dbm c c c c *RBW khz *VBW khz *SWT 5 s Center 7.5 MHz.6844 MHz / Span MHz Tx Channel Bandwidth.84 MHz Power dbm djacent Channel Bandwidth.84 MHz 5 MHz lternate Channel Bandwidth.84 MHz MHz nd lternate Channel Bandwidth.84 MHz 5 MHz Der wesentliche Unterschied der FSQ- Familie zur FSU-Familie liegt in der Signalauswertung. Der Chipsatz zur Mischung in das IQ-Basisband ist komplett neu entwickelt und bietet gegenüber dem R&S FSU wesentlich höhere Bandbreiten und Dynamik, mehr Rechenleistung und größere Speichertiefe. Der R&S FSQ digitalisiert die,4-mhz- Zwischenfrequenz zur bmischung in das IQ-Basisband mit bis zu 8,4 MHz btastrate (BILD ). Die uflösung des /D-Wandlers ist dabei 4 bit, die damit erzielbare äquivalente HF-Bandbreite ist 8 MHz. Zur optimalen npassung an das Mess-Signal ist die btastrate mit Hilfe eines digitalen Resamp- c cu cu cu Marker [T] -6.6 dbm MHz cu cu cu db.4 db -8.5 db.4 db db.45 db NOR 8 Neues von Rohde&Schwarz Heft 74 (/II)

3 lers im IQ-Basisband einstellbar. Dieser setzt in Echtzeit und ohne Dynamikverlust die btastrate des /D-Wandlers in fast jede beliebige btast rate zwischen khz und 8,4 MHz um. Damit entfallen die häufig verwendeten, zeitraubenden Signalverarbeitungsroutinen zur npassung der btastrate an die Symbolrate von digital modulierten Signalen. Vor allem bei den großen ufzeichnungslängen mit bis zu 6 Millionen btastwerten für das Inphase- und Quadratursignal verringert sich die Messzeit dadurch erheblich. Die mplituden- und Gruppenlaufzeitverzerrungen des analogen Empfangskanals entzerrt der R&S FSQ ebenfalls in Echtzeit mit einem komplexwertigen, digitalen Kompensationsfilter. Dazu verwendet er ein Referenzsignal, von dem Frequenzgang und Gruppenlaufzeit exakt bekannt sind. uf Knopfdruck legt er das Referenzsignal am HF-Eingang an und berechnet ein entsprechendes Entzerrfilter, das er bei der Messung über den IQ- Datenstrom legt. Der resultierende mplitudengang ist zum Beispiel kleiner als, db über mindestens 66% der eingestellten uflösebandbreite ( MHz bis 5 MHz) oder maximal 8 MHz. BILD 4 zeigt beispielhaft die gemessenen mplituden-, Phasen und Gruppenlaufzeitverzerrungen bei MHz uflösebandbreite nach der Korrektur. Vor allem bei breitbandigen Übertragungsverfahren realisieren sowohl Sender als auch Empfänger in Betriebsgeräten die Mischung in das Basisband meist in nalogtechnik. Der R&S FSQ ist für die nalyse analoger IQ-Basissignale zur Nachrüstung mit analogen Basisbandeingängen vorbereitet. nspruchsvolle nwendungen Dimensionierung und bgleich von Multi-Carrier-Verstärkern Endverstärker für OFDM- oder CDM- Signale und Multi-Carrier-Verstärker sind häufig als Feed-Forward-Verstärker aufgebaut, um den Wirkungsgrad bei sehr hohen nforderungen an die Unterdrückung der Leistung in den Nachbarkanälen zu erhöhen. Zum bgleich der Verstärker ist die mplituden- und die Phaseninformation der Übertragungsfunktion bei Beaufschlagung mit dem Betriebssignal notwendig. Diese Information gewinnt man in der Regel aus dem komplexen Basisbandsignal. Bei Messung am usgang eines Verstärkers stellt der R&S FSQ diese Daten mit hoher Bandbreite und Dynamik über die IEC- Bus- oder Base-T-LN-Schnittstelle zur Verfügung. Die ufzeichnungslänge und die btastrate des Signals ist dabei in weiten Grenzen konfigurierbar. nalyse von WCDM-Signalen Mit der pplikations-firmware R&S FS- K7 wird der R&S FSQ zum GPP-Signalanalysator für Basisstationssignale. Er führt alle Messungen gemäß dem GPP-Standard durch und bietet darüber hinaus auch noch wertvolle nalysen für tiefergehende Untersuchungen an WCDM-Signalen [5]. Die Breitbandigkeit der IQ-Signalauswertung und die hohe Rechenleistung des nalysators ermöglichen dabei auch die Messung an Mehrträger- Sendesignalen. BILD 4 mplituden-, Phasen- und Gruppenlaufzeitverzerrung der IQ- Daten am Beispiel des -MHz-uflösefilters. BILD 5 Messung eines WCDM-Trägers im Codebereich. ns Grad db 4 Gruppenlaufzeitverzerrung 5 5 Phasenverzerrung 5 5 mplitudenverzerrung 5 5 Frequenz-Offset / MHz Ref. dbm tt 4 db Ref. dbm tt 4 db Code Power Relative CF. GHz CPICH Slot SR ksps Chan Code 6 Chan Slot Start Ch 64 Ch / Result Sumary SR ksps CF. GHz CPICH Slot Chan Code 6 Result Summary GLOBL RESULTS Total Power -4.9 dbm Chip Rate Error -. ppm IQ Offset. % Composite EVM.7 % CPICH Slot No CHNNEL RESULTS Symbol Rate. ksps Channel Code 6 No of Pilot Symb 8 Channel Power Rel -6. db Symbol EVM.76 % rms Stop Ch 5 PRN EXT Carrier Freq Error mhz Trigger to Frame. ms IQ Imbalance.5 % Pk CDE (5. ksps) db rms No of ctive Chan 6 Timing Offset 56 Chips Channel Slot No 4 Channel Power bs -. dbm Symbol EVM.8 % PK B 9 Neues von Rohde&Schwarz Heft 74 (/II)

4 Pegel / db Quadratur Pegel / dbm Inphase Frequenz / MHz Betrag des Fehlervektors Zeit / µs Nummer der Sub Carrier, Mitte = 5 MHz BILD 6 Darstellung des Zeitverlaufs. BILD 7 Konstellationsdiagramm bei einer Übertragungsrate von 54 Mbit/s (64QM). Rot: reales Signal, gelb: ideales Signal. BILD 8 Spektrum der Preamble. BILD 9 Betrag des Fehlervektors (EVM) für die einzelnen Träger des OFDM-Signals. nalyse von W-LN-Signalen nach IEEE8.a mit dem Signalanalysator R&S FSQ Wireless-LN-Signale nach dem Standard IEEE8.a sind für Übertragungsraten von 6 Mbit/s bis zu 54 Mbit/s ausgelegt. Die Übertragung erfolgt per OFDM-Verfahren im -MHz-Kanalraster, wobei 5 Träger im bstand von,5 khz verwendet werden. Das Signal belegt damit eine Bandbreite, die von bisherigen HF-Spektrumanalysatoren nicht verarbeitet werden kann und damit Spezialgeräten vorbehalten ist. Speziell für die nalyse von Wireless- LN-Signalen (IEEE 8.a) steht zum R&S FSQ eine Windows -Software zur Verfügung, die zur nalyse des HF-Sendesignals dessen IQ-Daten verwendet. Sie misst für die verschiedenen Übertragungsraten alle wesentlichen Parameter des OFDM-Signals im Frequenz-, im Zeitund im Modulationsbereich: Spektrum über einen wählbaren usschnitt des HF-Signals, z.b. Preamble mplitudenverteilung (CCDF) und Crest-Faktor Maske des Spektrums (Transmit Spectrum Mask) Frequenzfehler des HF-Signals und der Symbolfrequenz IQ-Offset und IQ-Imbalance Konstellationsdiagramm (BPSK, QPSK, 6QM und 64QM) Modulationsfehler (EVM) pro OFDM- Träger oder pro Symbol mplitudengang des Spektrums (Spectrum Flatness) Bits der Payload-Symbole Die BILDER 6 bis 9 zeigen einige Messungen an einem IEEE8.a-Signal mit der Übertragungsrate von 54 Mbit/s. Neues von Rohde&Schwarz Heft 74 (/II)

5 Wenn zukünftig die Basisstationen mehrere WCDM-HF-Träger bereits im Basisband aufbereiten und das eventuell sogar noch mit unterschiedlichen Übertragungsverfahren (G und G gemischt) so stellt dies an nalysatoren neue nforderungen, die nur mit breitbandiger Signalverarbeitung im Basisband zu lösen sind, wie dies beim R&S FSQ der Fall ist. Mit der Option R&S FS-K7 lassen sich mit dem nalysator zum Beispiel die Modulations eigenschaften eines WCDM-Signals im Codebereich auch dann messen, wenn einer oder mehrere Nachbarträger vorhanden sind. ufgrund seiner hohen Dynamik kann er einen Träger mit Hilfe digitaler Filterung ohne zusätzliche mplituden- oder Phasenverzerrung selektieren und analysieren (BILD 5). Einen entscheidenden Beitrag zu der hohen Messgeschwindigkeit liefern dabei die Entzerrung des FSQ-HF-Kanals in Echtzeit und die digitale Umsetzung der btast rate per Hardware auf das Vierfache der Symbolrate von,84 MHz. So dauert die nalyse eines kompletten WCDM-Frames nur,5 Sekunden. nalyse von W-LN-Signalen Siehe Kasten links llgemeine nwendungen Für allgemeine nwendungen im Labor oder in der Produktion bietet der R&S FSQ wie auch der R&S FSU eine Vielzahl von Funktionen, die das Messen wesentlich erleichtern oder helfen, Fehler zu vermeiden: Zwei unabhängige Messeinstellungen, die per Tastendruck schnell umschaltbar sind Split-Screen-Darstellung mit unabhängigen Messeinstellungen in beiden Fenstern 4 Marker oder Delta-Marker Marker für das Messen der Rauschleistungsdichte Marker für das Messen des Phasenrauschens von Oszillatoren Kurzdaten R&S FSQ Frequenzbereich Hz,6 / 8 / 6,5 GHz mplitudenmessbereich 55 dbm dbm mplitudendarstellbereich db, db db in -db-schritten, linear Messunsicherheit des Pegels, db bis,6 GHz uflösebandbreiten Hz khz FFT-Filter, in Schritten v. ///5, Hz MHz in Schritten von ///5 und 5 MHz, Kanalfilter ( Hz 5 MHz) Detektoren Max Peak, Min Peak, uto Peak, Sample, verage, RMS, Quasi-Peak Darstellung cm (8,4 " Farb -TFT-LC-Display, SVG-uflösung Fernsteuerung IEC 65- (SCPI 997.), RS-, Base-T-LN utomatische Intermodulationsmessung zur Bestimmung des Intercept- Punkts dritter Ordnung Frequenzzähler mit einer uflösung von, Hz bei nur 5 ms Messzeit Leistungsmessung im Zeitbereich (Mean, RMS und Peak Power) Messung der mplitudenverteilung (CCDF) und des Crest-Faktors Messung der belegten Bandbreite Frei definierbare Grenzwertlinien (absolut oder relativ) mit einstellbarer Reserve und Pass-/Fail-uswertung Berücksichtigung von Korrekturfaktoren (Transducer) bei der Pegelmessung Schnelle Messung von Pegeln über frei definierbare Frequenzlisten im Fernsteuerbetrieb nsteuerung von externen Generatoren zur Messung von Übertragungsfunktionen (Option FSP-B) Hohe Messgeschwindigkeit Bereits der R&S FSU hat neue Maßstäbe für Spektrumanalysatoren bezüglich der Messgeschwindigkeit gesetzt. Der R&S FSQ übertrifft dies noch mit der leistungsfähigeren Hardware zur Signalverarbeitung und einem noch schnelleren Hauptprozessor. Im Fernsteuerbetrieb überträgt er zum Beispiel bei einem Darstellbereich von MHz bis zu 5 Messkurven/s an den Steuerrechner. Bei Zero Span sind es sogar 75 Messkurven. Kompatibel zu FSE, FSP und FSU Die FSQ-Familie erweitert die Möglichkeiten für Messungen mit den R&S- Spektrumanalysatoren. Damit spielt die Kompatibilität vor allem bei der Fernsteuerung eine besondere Rolle. Die Investitionen in Testprogramme sind beim Übergang auf den R&S FSQ nicht verloren. Er ist zu den R&S-Geräten FSE bzw. FSIQ, zum FSP [6] und zum FSU weitgehend befehls-kompatibel, soweit die entsprechende Funktion in den anderen Geräten enthalten ist. Josef Wolf Weitere Informationen, Datenblätter und pplikationsschriften unter (Suchbegriff FSQ) LITERTUR [] Spectrum nalyzer FSEM/FSEK Schnelle Spektralanalyse jetzt bis 4 GHz. Neues von Rohde&Schwarz (996) Nr. 5, S [] Signalanalysator FSIQ Bereit für alle Messungen an GPP-Basisstations-Sendern. Neues von Rohde&Schwarz () Nr. 7, S [] FSU6: siehe Seite 5 in diesem Heft. [4] pplication Note EF45, Spurious Emission Measurement on GPP Base Station Transmitters. [5] Datenblatt WCDM-GPP-pplikations- Firmware R&S FS-K7. [6] Spektrumanalysator FSP: Mittelklasse mit High-End-mbitionen. Neues von Rohde&Schwarz () Nr. 66, S Neues von Rohde&Schwarz Heft 74 (/II)