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5-2019

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik

Messtechnik MIMO-Messungen an WLAN-Funkprodukten BILD 1: Bei 4×4-MIMO-Systemen entstehen 16 Übertragungskanäle, welche die Datenrate zu einem einzelnen Nutzer erhöhen oder zur gleichzeitigen Versorgung mehrerer Nutzer dienen können. BILD 2: Testaufbau für die Composite-MIMO-TX-Messung. Ein WLAN-Gerät mit vier Antennen ist über einen Power Combiner mit dem R&S®CMW100 verbunden. MIMO, die Mehrantennentechnik, verhilft modernen Funksystemen zu höherem Datendurchsatz – vorausgesetzt, alle HF-Pfade performen wie gewünscht. Autor Thomas A. Kneidel Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG www.rohde-schwarz.com CelsiStrip ® Thermoetikette registriert Maximalwerte durch Dauerschwärzung. Bereich von +40 ... +260°C GRATIS Musterset von celsi@spirig.com Kostenloser Versand ab Bestellwert EUR 200 (verzollt, exkl. MwSt) www.celsi.com www.spirig.com Das Communications Manufacturing Test Set R&S®CMW100 unterstützt jetzt alle gängigen Messverfahren, um das für WLAN-Produkte herauszufinden. Durch Einsatz von Mehrantennensystemen kann sowohl die Reichweite vergrößert als auch eine Steigerung des Datendurchsatzes gegenüber Einantennensystemen erzielt werden. MIMO- Sender strahlen zeitgleich verschiedene Signale, sogenannte Streams, auf der gleichen Frequenz über unterschiedliche Antennen aus (BILD 1). Voraussetzung für die erfolgreiche Decodierung dieser Signale auf der Empfangsseite sind räumlich weitgehend unabhängige Übertragungskanäle von den Sendezu den Empfangsantennen, wie sie durch Mehrwegeausbreitung gegeben sind. Damit aber die komplexen mathematischen Algorithmen zur Signalrekonstruktion greifen können, müssen Mindestanforderungen an die spektrale Reinheit der Sender und die Empfindlichkeit der Empfänger erfüllt sein. Beides ist in der Entwicklung, partiell auch in der Produktion zu testen, wobei für Sendertests drei Verfahren zur Auswahl stehen, die sich in Testtiefe und Messmittelaufwand unterscheiden. Sie alle lassen sich mit dem Communications Manufacturing Test Set R&S®CMW100 (Variante K6) umsetzen. Empfängertest Der MIMO-Empfängertest erfolgt gleichzeitig an allen Empfangsantennen. Diese sind jeweils an einen eigenen Signalgenerator angeschlossen – einen Vektorsignalgenerator oder den internen eines R&S®CMW100. Die für jeden Generator benötigten ARB-Wellenformdateien werden mithilfe des Software- Tools R&S®WinIQSIM2 auf einem PC erzeugt. Nach dem synchronen Start aller Generatoren erfolgt eine Packet-Error- Rate-Messung, wobei die erfolgreiche Decodierung der Datenpakete auf Seiten des Prüflings im Non-Signaling-Betrieb durch geeignete Fernsteuerprogramme erfasst wird. Sendertest Für Sendertests stehen je nach gewünschter Testtiefe für die Überprüfung der HF-Eigenschaften drei Verfahren im Non- Signaling-Modus zur Auswahl. Composite-MIMO-TX- Messung Bei diesem Verfahren führt man alle parallel ausgesendeten MIMO-Signale (bis zu acht) in einem Power Combiner zusammen und übergibt das Summensignal einem R&S®CMW100 zur Analyse (Bild 2). Obwohl die MIMO-Antennen unterschiedliche Bit-Sequenzen aussenden, ist der Analysator bei geeigneter Konfiguration des Messobjekts in der Lage, mit nur einer Messung die Sendeleistung jeder einzelnen Antenne aus dem Summensignal zu ermitteln und mit Angabe eines EVM-Messwerts (Error Vector Magnitude) eine Qualitätsaussage über das Summensignal abzugeben. 60 hf-praxis 5/2019

Messtechnik BILD 3: Ergebnisse einer Switched-4×4-MIMO-TX-Messung. Die Composite- MIMO-TX- Messung ist die Methode der Wahl für die Produktion, weil sie die MIMO-Performance mit geringem Messmittelbedarf innerhalb kürzester Zeit verifiziert und fehlerhafte Antennenanschlüsse findet. Switched-MIMO-TX- Messung Bei der Switched-MIMO-TX- Messung verbindet man jede Sendeantenne mit einem Port des R&S®CMW100, denn alle Antennen werden in schneller Folge nacheinander (switched) und jede für sich analysiert (BILD 3 und 4). Die Antennen senden dazu permanent jeweils unterschiedliche, pro Kanal jedoch stets gleich bleibende, wiederkehrende Bit-Sequenzen, auf deren Basis die HF-Eigenschaften aller Sendepfade detailliert ermittelt werden. Selbst ein 8 × 8-MIMO-TX-System lässt sich so mit nur einem Gerät analysieren. True-MIMO-TX- Messung Im Gegensatz zur sequenziellen Switched-Messung erfolgt die True-MIMO-TX-Messung gleichzeitig auf allen Kanälen. Auf die repetierende Aussendung der Bitsequenzen kann deshalb verzichtet werden. Der Geschwindigkeitsvorteil wird mit einem hohen Geräteaufwand erkauft, denn für jede Sendeantenne muss ein separater R&S®CMW100 bereit stehen (BILD 5). Die Messergebnisse konsolidiert der angeschlossene Steuerrechner. Multi-User-MIMO und Beamforming Statt mehrere MIMO-Datenströme zur Steigerung des Datendurchsatzes zeitgleich an einen einzelnen Nutzer zu schicken, kann man sie auch auf mehrere Nutzer verteilen – ein Szenario, das sowohl mit der Switched- als auch mit der True-MIMO-TX- Messung analysiert werden kann (BILD 6). Die Umsetzung eines solchen Multi-User-MIMO (MU- MIMO) setzt empfängerseitig zur Gewährleistung einer sicheren Kanaltrennung prinzipiell ebenso viele Empfangsantennen voraus wie im Single- User-Fall. Bei Smartphones, die aufgrund ihrer kompakten Bauform über maximal zwei MIMO- Antennen verfügen, würde dies den Einsatz von MU-MIMO auf zwei Nutzer beschränken. Einen Ausweg bietet der Einsatz von Beamforming, das durch Aus- BILD 4: Testaufbau für die Switched-MIMO-TX-Messung. Jede Antenne des Messobjekts ist an einen Port des R&S®CMW100 angeschlossen. Die Anschlüsse werden in schneller Folge zum Analysator des Test Sets durchgeschaltet. BILD 5: Bei der True-MIMO-TX-Messung wird für jede MIMO-Antenne ein eigener R&S®CMW100 benötigt. Stets dabei und nicht gezeigt: ein Steuer- und Auswerte-PC für die Verwaltung der Test Sets. hf-praxis 5/2019 61

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel