Prüfanforderungen nach der EN V1.9.1 für 2.4 GHz Breitband-Funksysteme

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1 Prüfanforderungen nach der EN V1.9.1 für 2.4 GHz Breitband-Funksysteme Pascal Treichler Electrosuisse Albislab Datum:

2 Die schöne Welt der ETSI EN Normen Link: 2

3 RED Richtlinie 2014/53/EU Grundlegende Anforderung Artikel 3.2: Funkanlagen müssen so gebaut sein, dass sowohl eine effektive Nutzung von Funkfrequenzen erfolgt als auch eine Unterstützung zur effizienten Nutzung von Funkfrequenzen gegeben ist, damit keine funktechnischen Störungen auftreten. Durch die Anwendung der EN ist diese Anforderung abgedeckt. Anwendbarkeit der neuen Richtlinie: Radio Equipment Dircetive (RED): 13. Juni

4 Modulationsverfahren Modulationsverfahren Allgemeine digitale Modulationsarten ASK, GFSK, QPSK,16-QAM usw. Spread-Spectrum Mehrträger Verfahren Orthogonal frequency division multiplexing OFDM Direct sequence spread spectrum DSSS Frequency hopping spread spectrum FHSS 4

5 Unterteilung der Modulationsverfahren Modulationsverfahren EN FHSS Nicht-FHSS 5

6 Weitere Definitionen Unterteilung der Leistung (P > 10 dbm, P < 10dBm) Adaptive und Nicht-Adaptive Systeme Adaptive Systeme erkennen andere Sender und passen sich denen an. 6

7 Allgemeine Anforderung Requirements FHSS Nicht-FHSS RF Power 20 dbm 20 dbm Power Spectral density dbm/ 1 MHz Duty Cycle, Medium Utilization Nur Nicht-Adaptiv, P > 10 dbm Nur Nicht-Adaptiv, P > 10 dbm FHSS requirements --- Occupied Channel Bandwidth Adaptivity Nur Adaptiv, P > 10 dbm Nur Adaptiv, P > 10 dbm TX / RX Spurious emission 7

8 Beispiel Bluetooth Requirements RF Power FHSS, adaptive, P > 10 dbm Power Spectral density Not applicable Duty Cycle, Medium Utilization Not applicable FHSS requirements Occupied Channel Bandwidth Adaptivity TX / RX Spurious emission 8

9 Beispiel W-LAN, IEEE Requirements RF Power OFDM, adaptive, P > 10 dbm, 20 MHz BW Power Spectral density Duty Cycle, Medium Utilization Not applicable FHSS requirements Occupied Channel Bandwidth Not applicable Adaptivity TX / RX Spurious emission 9

10 Beispiel Bluetooth low Energy Requirements P < 10 dbm RF Power Power Spectral density Duty Cycle, Medium Utilization Not applicable FHSS requirements Occupied Channel Bandwidth Not applicable, FHSS requirements will be not passed, Adaptivity Not applicable TX / RX Spurious emission 10

11 Sendeleistung EIRP Die Leistungsmessung wird üblicherweise leitungsgebunden durchgeführt. Danach wird das Gain G und allenfalls das beamforming Gain Y der Antenne(n) dazugerechnet. Bei integrierten Antennen kann die Messung gestrahlt vorgenommen werden. Definition EIRP EIRP (Effective Isotropic Radiated Power), bezogen auf einen Isotropenstrahler EIRP = PTX GAIN 11

12 Sendeleistung Messung des Antennendiagramms 3 m EUT 170 cm 170 cm Wooden Table Turn table Semi anechoic chamber Spectrum analyzer 12

13 Sendeleistung/ Antennengruppen MIMO (Multiple Input, Multiple Output) Um den Interferenzlöchern durch Mehrwegempfang zu begegnen montiert man mehrere Antennen in einem Abstand λ. Zudem wird der Datenstrom erhöht. Die Leistungen werden synchron mit mehreren Powermeter gemessen. Die Gesamtleistung ist die Addition der einzeln gemessenen Leistungen an den Antennenports. 13

14 Sendeleistung/ Antennengruppen Beamforming Durch die Verzögerungszeit (variable elektronisch gesteuert der Amplitude und der Phase) der Antennen lässt sich die Hauptkeule gezielt auf die Gegenstelle richten. Antennenabstand ca. λ/2. 14

15 FHSS-Anforderungen 15

16 FHSS-Anforderungen Accumulated Transmit Time: Maximale Sendezeit in einem definierten Zeitraum T obs Beispiel: N min = 20 Kanäle, adaptives System Beobachtungszeitraum T obs : Limit für adaptive Systeme: 400 ms im T obs Limit für Nicht-adaptive Systeme: 15 ms im T obs Diese Anforderung kann der Hersteller auch statistisch belegen. 16

17 FHSS-Anforderungen Accumulated Transmit Time Ref -37 dbm * Att 0 db RBW 500 khz VBW 5 MHz SWT 31.6 s RM * CLRWR TRG dbm A SGL TRG -70 PS DB DC Prüfanforderungen -130 EN Pascal Treichler Electrosuisse

18 FHSS-Anforderungen Frequency Occupation: Minimale Sendezeit in einem definierten Zeitraum T obs Beispiel: N = 79 Kanäle, dwell min: 2.9 ms, adaptives System Beobachtungszeitraum T obs : Dwell time beinhaltet: Sende-, Empfangs- und Idle-Phasen Limit: Occupation time > dwell im T obs Diese Anforderung kann der Hersteller auch statistisch belegen. 18

19 FHSS-Anforderungen Hopping Sequence: Frequenzmuster von den hopping Frequenzen (Anzahl hopping Frequenzen), Bsp: N min > 15, Hopping Sequence separation: Bsp: 100 khz, adaptives System 19

20 Definitionen Bandbreite a) 3 db Bandbreite b) Äquivalente Rauschbandbreite c) Hauptkeule d) OBW: Occupied bandwidth 99 % der gesamten Leistung e) Auf Absolutpegel (-30dBm) f) und weitere 20

21 Nebenaussendung (Spurious emission) Unwanted emission in the out-of-band domain: Nebenprodukte aufgrund der Modulation. Gemessen wird bis zur 2-fachen Bandbreite 21

22 Nebenaussendung (Spurious emission) TX Spurious emission:. ERP = f < 1 GHz, EIRP f > 1 GHz ERP ist auf einen Dipol bezogen. Umrechnung: EIRP = ERP db. 22

23 Nebenaussendung (Spurious emission) RX Spurious emission:. 23

24 Adaptivity Was bedeutet auf andere Funksysteme Rücksicht nehmen? 24

25 Adaptivity Duty cycle/ Medium Utilization Limitierung der Sendezeit pro definiertem Zeitraum in Abhängigkeit der Leistung (100 % für P = 10 mw, 10 % für P = 100 mw). Listen-Bevor-Talk basiertes Detect And Avoid (DAA) Erkennung einer Störung (Fremdsender) durch Kanalbeurteilung vor dem eigentlichen Sendevorgangs. Nicht Listen-Bevor-Talk basiertes Detect And Avoid (DAA) Erkennung einer Störung (Fremdsender) während dem eigentlichen Sendevorgangs. 25

26 Adaptivity Medium Utilization (MU) factor Limit MU für Nicht-Adaptive Systeme: 10 % DC = MU 100mW P 26

27 Adaptivity Clear Channel Assessment (CCA) Bewertung ob der gewünschte Kanal verfügbar ist oder ob er durch andere Signale belegt ist. Die Bewertung geschieht oft durch Energy detect Detect and avoid Sendet nicht auf dieser Frequenz aufgrund des Vorhandensein eines anderen Senders Energy Detect (ED) Messung der HF-Energie ohne Kenntnisse der Modulation 27

28 Adaptivity Messvorgang 28

29 Adaptivity Beispiel Load based equipment (Datennachfrage bestimmt) Listen Before Talk, zuerst CCA dann Kanalnutzung, CCA via Energy Detect CCA TX on CCA TX on CCA TX on 29

30 Adaptivity Beispiel CCA TX on CCA CCA ACK CCA Störer (Rauschen) Blocker (CW) Short Control Signale erlaubt (z.b: Acknowledgement) Bei einem besetzten Kanal, könnte der Sender in ein Nichtadaptiver Mode umschalten. Dann gelten diese Anforderung. 30

31 Angaben für das Labor Um die Funkeinrichtung prüfen zu können, benötigt das Labor folgende Angaben: Anwendung (BT, W-LAN, Proprietär) Sendeleistung Antennen (integriert, MIMO) Art der Modulation (FHSS, Nicht-FHSS) Art der Kanalüberprüfung (z.b. LBT, Adaptives System) Einsatzgebiet (Temperaturumgebung) usw. Dazu erhalten Sie bei einer Anfrage jeweils ein Angabeformular 31

32 Angaben für das Labor Folgende Betriebszustände werden benötigt: FHSS: - Normal kontinuierlicher Hopping Betrieb (max Dwell time) - Moduliert bei einem fixen Kanal - Receiver mode Nicht-FHSS: - Normal kontinuierlicher Betrieb, einstellbar bei der tiefsten, mittlerer und höchster Frequenz - Receiver mode Für den Adaptivity Test werden spezielle Modi benötigt. 32

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