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11-2017

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik Breitbandige

Messtechnik Breitbandige Verstärkermessungen für 5G mit bis zu 1,2 GHz Analysebandbreite Bild 1: Analyse eines 800 MHz breiten OFDM-Signals bei 28 GHz mit der Option R&S®FSW-B1200 und der OFDM -Analysesoftware R&S®FS-K96PC. Der gemessene EVM-Wert ist besser als -40 dB (im Bild nicht angezeigt) Martin Schmähling Rohde &Schwarz www.rohde-schwarz.com Die erweiterte Analysebandbreite von 1,2 GHz des Signal- und Spektrumanalysators R&S®FSW schafft die Voraussetzungen für anspruchsvolle Messungen an Komponenten für den künftigen Mobilfunkstandard 5G. Mit ergänzenden Messoptionen werden Verstärker umfassend charakterisiert bzw. OFDM-modulierte Signale analysiert. Die auf 1,2 GHz erweiterte Analysebandbreite des Signal- und Spektrum-Analysators R&S FSW schafft die Voraussetzungen für anspruchsvolle Messungen an Komponenten für den künftigen Mobilfunkstandard 5G. Mit ergänzenden Messoptionen werden Verstärker umfassend charakterisiert, bzw. OFDM-modulierte Signale analysiert. Um mit 5G noch höhere Datenraten als mit der aktuellen LTE- Technologie zu erzielen, setzt die Industrie auf Frequenzbänder im Mikrowellenbereich, unter anderem bei 28 GHz oder 39 GHz. Die Bandbreite kann durch Bündelung mehrerer Träger bis zu viele Hundert Megahertz betragen, zum Beispiel 800 MHz bei acht Trägern mit je 100 MHz. Entwickler von Komponenten für 5G benötigen daher eine Messlösung, um Signale dieser Frequenzen und Bandbreiten zu analysieren. Die neue Option R&S FSW- B1200 erweitert die Analysebandbreite des Signal- und Spektrumanalysators R&S FSW auf 1,2 GHz. Sie bietet hohe Dynamik und geringe Verzerrungen des Eingangssignals, ihr SFDR- Wert (Spurious Free Dynamic Range) beträgt 65 dBc. Mit diesen Eigenschaften lässt sich die Modulationsqualität von Signalen, z. B. der EVM-Wert (Error Vector Magnitude), genau bestimmen. Der EVM-Beitrag, den das Messgerät selbst verursacht, muss möglichst gering sein, damit auch Signale mit sehr guter EVM sicher gemessen werden können. Mit der Bandbreitenerweiterung und der OFDM-Analysesoftware R&S FS-K96PC kann der R&S FSW beispielsweise EVM-Werte in der Größenordnung von -40 dB bei 800 MHz breiten Signalen im 28-GHz-Bereich messen (Bild 1). Die OFDM-Analysesoftware ermöglicht Modulationsmessungen an allgemeinen OFDM-Signalen und bietet einen hohen Freiheitsgrad bei der Wahl der Messparameter für den frei definierbaren OFDM-Demodulator. Diese Flexibilität ist von großem Vorteil, da die Spezifikation der OFDM-Signale im künftigen 5G-Mobilfunkstandard noch nicht abgeschlossen ist. Digitale Vorverzerrung gleicht nichtlineare Effekte in Verstärkern aus Leistungsverstärker in Basisstationen oder in Smartphones müssen für gute Sende- und Empfangseigenschaften über einen breiten Frequenzbereich hinweg linear arbeiten. Im oberen Leistungsbereich treten jedoch in der Regel unerwünschte nichtlineare Effekte auf. Sie verschlechtern Bild 2: Obere Bildreihe: Durch einen Verstärker verzerrtes Signal. Bei zunehmender Leistung (etwa 1 dBm) geht der Verstärker in die Kompression. Die Verstärkung ist nicht mehr linear und die Phase wird verzerrt. Untere Bildreihe: Mit Korrekturdaten vom R&S®FSW vorverzerrtes Signal. Die Kompression setzt bei deutlich höherer Leistung ein, der 1-dB-Kompressionspunkt liegt um ca. 1 dB höher und die Phasenverzerrung wird perfekt korrigiert. Die Korrektur von Memory-Effekten mit der Option R&S®FSW-K18D reduziert außerdem die Streuung der Messpunkte, die Kurven erscheinen schlanker 34 hf-praxis 11/2017

Messtechnik Signal- und Spektrum-Analysator FSW Für die Analyse von Breitbandsignalen benötigen Entwickler von 5G-Mobilfunktechnologien, High-End-Radarsystemen und Automotive-Applikationen Messgeräte mit entsprechend großer Bandbreite. Eine neue Hardware-Option von Rohde &Schwarz für den High-End-Signal- und Spektrum-Analysator R&S FSW bietet Anwendern nun eine Analysebandbreite von 2 GHz. Mit der Option R&S FSW- B2001 wird die interne Analysebandbreite des High-End-Signal- und Spektrum-Analysators R&S FSW auf 2 GHz gesteigert. Mit dieser Testlösung können Anwender in Forschung und Entwicklung Breitbandsignale detailliert analysieren, ohne dass zusätzlich ein externer Digitalisierer eingesetzt werden muss. Die Option R&S FSW-B2001 bietet eine interne Analysebandbreite von 2 GHz. Die R&S FSW- B2001 bietet eine ADC-Auflösung von 14 bit und einen großen Dynamikbereich. Hervorragende SFDR-Werte (spurious-free dynamic range), beispielsweise -65 dBc bei einer Bandbreite von 1200 MHz, ermöglichen die herausragenden Mess- Eigenschaften bei der Signalanalyse. So erreicht der R&S FSW eine EVM (Error Vector Magnitude) von -40 dB bei einem OFDM-Signal (792 MHz Bandbreite, 300 kHz Abstand, 64QAM, 4096 FFT) bei 28 GHz. Die Bandbreite von 2000 MHz ermöglicht Forschung und Entwicklung für die Mobilfunkstandards der nächsten Generation sowie die Charakterisierung von Breitbandverstärkern für 5G. Entwickler im Bereich Aerospace & Defense können die 2-GHz-Analysebandbreite nutzen, um extrem kurze Radarpulse im Nanosekunden-Bereich zu messen sowie frequenzagile Radarsysteme oder Funksysteme mit schnellen Frequenzwechseln (frequency hopping) zu analysieren. Anwendungen in der Automotive-Entwicklung umfassen die Charakterisierung von FM-Trägerwellensignalen für Radarapplikationen sowie Die Option R&S FSW-B2001 bietet eine interne Analysebandbreite von 2 GHz von Ultra Wideband-Signalen, wie sie bei Keyless-Entry-Fahrzeugschlüsselsystemen zum Einsatz kommen. Die Option R&S FSW-B2001 für die High-End-Signal- und Spektrumanalysatoren R&S FSW43 und R&S FSW50 mit Frequenzbereichen bis 43,5 GHz bzw. 50 GHz ist ab sofort bei Rohde & Schwarz erhältlich. Für R&S FSW Signal- und Spektrumanalysatoren, die bereits mit der Option R&S FSW- B1200 für die interne Analysebandbreite von 1,2 GHz ausgestattet sind, ist ein Upgrade mittels Key-Code möglich. ■ Rohde & Schwarz www.rohde-schwarz.com die Signalqualität und machen sich durch eine größere EVM und erhöhte Störaussendung in die Nachbarkanäle bemerkbar. Es sind dann nur noch niedrigere Modulationsordnungen und damit geringere Datenraten erreichbar. Sind diese Effekte jedoch charakterisiert, können sie per digitaler Vorverzerrung ausgeglichen werden. Die Option R&S®FSW-K18 (Verstärkermessungen) und deren Erweiterung R&S®FSW- K18D (Direct-DPD-Messungen) lassen den Entwickler einschätzen, inwieweit sich ein Verstärker design mittels Vorverzerrung ausreizen lässt. Die Optionen können Verzerrungen durch nichtlineare Amplitudenoder Phasenänderungen gegenüber dem Eingangssignal (AM/ AM und AM/φM) charakterisieren und nach verschiedenen Methoden rechnerisch kompensieren. R&S®FSW-K18 vergleicht zunächst das von einem Vektorsignalgenerator bereitgestellte Referenzsignal mit dem vom Messobjekt verstärkten Signal. Die Software berechnet dann ein Korrektur-Polynom, das die Verzerrungen näherungsweise beschreibt. Auch eine Berechnung des Frequenzgangs mit einem Entzerrer ist möglich. Um in die Nachbarkanäle eingestreute Störanteile einzubeziehen, werden typischerweise Analysebandbreiten bis zur drei- bis fünffachen Signalbandbreite eingesetzt. Die Option schickt die berechneten Korrekturwerte für Amplitude und Phase anschließend an einen Vektorsignalgenerator R&S®SMW200A, der ein damit vorverzerrtes Signal in das Messobjekt einspeist. Dessen Ausgangssignal wird wiederum vom R&S FSW gemessen und dargestellt (Bild 2). Es ist nun so wenig verzerrt, wie es Verstärkerdesign und Korrekturmethode zulassen. Neben nichtlinearen Effekten führen Memory-Effekte im Verstärker zu einem Frequenzgang, dessen Korrektur mit Polynomen nicht zu bewerkstelligen ist. Sie musste bisher mathematisch aufwändig z. B. mit Volterra-Modellen beschrieben werden. Die Erweiterung R&S®FSW-K18D zur Basisoption R&S®FSW-K18 vereinfacht nun die Kompensation. Statt einer Näherung über Polynome nutzt die R&S®FSW- K18D iterative Näherungen über die einzelnen Abtastwerte. Damit kompensiert sie für eine vorgegebene Signalsequenz sowohl nicht lineare Verzerrungen als auch den Frequenzgang. Das Ergebnis dient als bestmögliche Referenz für vom Anwender eingesetzte Entzerr-Algorithmen. Mit der nun im R&S®FSW verfügbaren Analysebandbreite von 1,2 GHz können Verstärker bis etwa 1 GHz Bandbreite charakterisiert werden. Fazit Für die High-End-Signalund Spektrum-Analysatoren R&S FSW43 und R&S FSW50 steht jetzt eine Analysebandbreite von 1,2 GHz zur Verfügung. Sie ist im gesamten Frequenzbereich des jeweiligen Geräts nutzbar. Damit eignen sich die Analysatoren besonders für Messungen in den für 5G relevanten Frequenzbändern. Mit der Erweiterung der Verstärkermessapplikation R&S®FSW-K18 um Direct-DPD-Messungen R&S®FSW-K18D können nun auch Memory-Effekte in Verstärkern kompensiert werden. Für Anwendungen, die mehr als 1,2 GHz Analysebandbreite erfordern, unterstützt der R&S®FSW bereits 2 GHz mit der Option R&S®FSW-B2000. Diese ist ab einer Mittenfrequenz von 5,5 GHz einsetzbar und nutzt ein Oszilloskop R&S®RTO als externen Analog/Digital-Wandler. ◄ hf-praxis 11/2017 35

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