Die HF-Messtechnik der Zukunft »SDR-ification« - was ist das?

National Instruments hat den Begriff der »SDR-ification« geprägt. SDR steht für Software-Defined Radio, und nach Überzeugung der Experten von NI ist diese auf anwenderprogrammierbaren FPGAs basierende Technologie die Grundlage für künftige HF-Messgeräte. Was es weiterhin mit diesem Trend auf sich hat, erklärt Rahman Jamal, Technology & Marketing Director Europe von NI.

HF-Messgeräte haben sich längst von einem herkömmlichen Messgerät zum hochleistungsfähigen Tool für das Systemdesign entwickelt. Diese Evolution wurde durch eine Vielzahl von Technologien beschleunigt, deren Wurzeln im Bereich Software-Defined Radio (SDR) liegen. Vor allem die Flexibilität von SDR hat nicht nur die Wireless-Industrie, sondern auch das HF-Testequipment neu definiert.

In der Vergangenheit stützten sich Funksysteme auf komplexe Analogschaltungen, nicht nur für das Übertragen und Empfangen von HF- und Mikrowellensignalen, sondern auch für das Codieren und Decodieren von Nachrichtensignalen. Der Grundgedanke von SDR war es, ein universelles Funksystem für Übertragung und Empfang zu nutzen und viele Physical-Layer-Funktionen (z.B. Modulation und Demodulation) in der Software auszuführen.

Moderne Basisstationen verkörpern wohl am besten die Vorteile des SDR-Ansatzes. Mit der Weiterentwicklung von Wireless-Standards von GSM zu LTE wurde es zunehmend schwieriger, die neuen aufkommenden Standards mit immer mehr Zusatzhardware zu implementieren. Darüber hinaus verwenden Basisstationen hochentwickelte, sich fortwährend weiterentwickelnde Software zur Signalverarbeitung und -regelung. Linearisierungstechniken für Leistungsverstärker (Power Amplifier) – beispielsweise die digitale Vorverzerrung (DPD) – sind für die Performance der Basisstation unerlässlich, und sie werden kontinuierlich verbessert. Daher eignet sich der SDR-Ansatz ideal für die Entwicklung und die langfristige Wartbarkeit von Basisstationen.

Grundlegende Veränderungen in der Messtechnik

Da die Verbreitung der neuen Wireless-Standards und der SDR-Architektur in der Mobilfunk-Branche schnell voranschritt, war auch der Bereich der HF-Test- und -Messtechnik gezwungen, mit dieser Evolution Schritt zu halten und ein immer größeres Spektrum an Messfunktionen zu bieten, was wiederum eine flexiblere Architektur erforderte. Die Testsystem-Hersteller begannen daher, sich genauer mit dem Konzept softwaredefinierter HF-Messgeräte auseinanderzusetzen. Die der neuen Generation von Testequipment zugrunde liegende Architektur setzt nicht nur auf ein Universal-Funksystem, sondern auch auf eine breite Palette unterschiedlichster PC- und Signalverarbeitungstechnologien wie Multicore-CPUs und FPGAs. Diese »SDR-ification« von HF-Testequipment bietet Vorteile in klassischen HF-Anwendungen und hilft gleichzeitig, Anwendungen umzusetzen, die mit herkömmlichen HF-Messgeräten früher fast unmöglich zu realisieren waren.

Beispiel

Eines der wohl markantesten Beispiele des branchenweiten Wechsels zu softwaredefinierten Messgeräten ist die Entwicklung des Swept-Tuned-Spektrumanalysators. In einem klassischen Spektrumanalysator wurden Funktionen wie RBW-Filter und Leistungserkennung auf der Basis analoger Komponenten implementiert. Heutzutage verwendet der HF-Signalanalysator einen universellen HF-Downconverter zum Erzeugen der digitalisierten I/Q-Samples. Die interne Verarbeitung der I/Q-Samples jedoch erfolgt auf verschiedene Arten, u.a. auch über die Berechnung eines Spektrums. So kann der gleiche Signalanalysator, der für eine Spektrummessung verwendet wird, auch zum Decodieren eines Radarimpulses, zum Demodulieren eines LTE-Signals oder sogar zum Aufzeichnen eines GPS-Signals eingesetzt werden.