HF-Signalanalyse

Mehr Details in kürzerer Zeit untersuchen

Bild 1. Das moderne Auto: ein integriertes System mit HF- und digitalen Systemen.

Entwickler von Kommunikations- und HF-Systemen stehen vor der Herausforderung, hochgradig komplexe digitale Systeme zu entwickeln, die störungsfrei mit ebenso komplexen HF-Systemen und anderen Geräten zusammenarbeiten.

Der Einsatz von Kommunikations- und HF-Funktionen in integrierten Baugruppen, Systemen und Embedded-Schaltungen ist sprunghaft angestiegen, und auch in Bereichen wie der Automobilindustrie, der Haustechnik und bei alter-nativen Energiesystemen werden HF-Anwendungen in zunehmendem Maße genutzt. Gleichzeitig benötigen alle Arten von Funkkommunikations-Verfahren immer mehr Bandbreite, während zugleich digitale Basisband- und Zwischenfrequenz-Subsysteme immer stärkere Verbreitung in Alltagsgeräten finden.

Vielfältige Herausforderungen in der HF-Technik

Diese Fortschritte sind jedoch auch mit Herausforderungen im Hinblick auf die Sicherheit und einen überfüllten Frequenzplan verbunden, was wiederum komplexe Testgeräte für die notwendige Überwachung erforderlich macht. Zusätzliche Probleme ergeben sich durch neue Arten von HF-Signal-Konstellationen und Modulationsarten, die Merkmale wie Frequenzsprünge und Frequenz-Burst aufweisen und in der Regel schwer erkennbar sind.

Diese Entwicklungen müssen zudem vor dem Hintergrund der wirtschaftlichen Rahmenbedingungen gesehen werden, die den Nutzern der Systeme wenig finanziellen Spielraum lassen. Während einerseits die Entwickler auf der Grundlage neuer HF-Techniken ihre Wettbewerbsfähigkeit durch die Einführung neuer Produkte sichern müssen, sind andererseits die finanziellen Mittel für die Produkt-Entwicklung, zum Beispiel für Messgeräte, begrenzt.

Die Herausforderungen, vor denen Entwickler im HF-Bereich stehen, lassen sich gut am Beispiel eines modernen Autos veranschaulichen, bei dem Anforderungen wie Systemintegration und EMV-Diagnose Hand in Hand gehen müssen (Bild 1 siehe oben). Ein modernes Fahrzeug ist ein gutes Beispiel für ein integriertes System, das sowohl HF- als auch digitale Systeme umfasst. Die Entwickler müssen nicht nur das Zusammenspiel der einzelnen Teilsysteme, sondern auch die Sicherheit des Gesamtsystems gewährleisten.

Weitere Herausforderungen ergeben sich aus der Tatsache, dass der Hybridantrieb, die integrierten Bluetooth-, 3G- und WLAN-Systeme sowie die Reifendrucküberwachung Normvorschriften entsprechen müssen und die integrierten satelliten- und erdgebundenen Empfänger der Bordelektronik nicht stören dürfen. Darüber hinaus handelt es sich um ein bewegliches System, das in unmittelbarer Nähe zu ähnlichen Systemen betrieben wird.

Mehr Bandbreite, neue –Modulationsverfahren

Bei einem solchen System müssen im Rahmen der Systemintegration verschiedene frequenzagile Architekturen berücksichtigt werden. Außerdem bewegen sich in manchen Fällen (beispielsweise bei der Reifendrucküberwachung) die Sender während des Systembetriebs kreisförmig. Zugleich reagieren in einer solchen dynamischen Umgebung digitale Systeme wie Batterieregler, Motorenelektronik und Bremssysteme auf Änderungen der Betriebsbedingungen.

Entwickler müssen deshalb heute in der Lage sein, auch seltene Ursachen für Störungen in dieser dynamischen Umgebung zu erkennen und das Signal bis zu seiner Quelle zurückzuverfolgen. Wichtige Voraussetzungen für die Behebung solcher Probleme sind die Echtzeit-Überwachung von Signalen und effiziente Triggerfunktionen.

Beim Entwurf von Funkkommunikationssystemen stehen deren Entwickler vor ganz anderen Herausforderungen. In diesem Bereich müssen die Entwicklungszyklen aufgrund des starken Konkurrenzdrucks immer weiter verkürzt werden. Dies ist selbst beim Design von Kommunikationssystemen für Behörden und das Militär der Fall. Neue Kommunikations-Standards arbeiten mit immer größeren Bandbreiten und häufig mit komplexen Modulations- und Frequenzsprungverfahren, die sich mit älteren Testgeräten nicht analysieren lassen. Daher sind neue, kosteneffiziente Messgeräte erforderlich, mit denen sich diese neuen Herausforderungen bewältigen lassen.

Neue Herausforderungen ergeben sich in der HF-Technik auch im Rahmen der Spektrumverwaltung, insbesondere in Bereichen, in denen verschiedene Kommunikationsmethoden aus Sicherheitsgründen von staatlicher Seite überwacht und erfasst werden. Mit der Zunahme von Sicherheitsbedrohungen wird auch die großflächige Überwachung durch eine größere Zahl von Organisationen immer wichtiger. Diese Organisationen stehen vor der Aufgabe, Signale hochentwickelter HF-Geräte aufspüren zu müssen, verfügen jedoch möglicherweise nicht über dieselben Ressourcen wie etablierte Überwachungsorgane. Sie benötigen Breitbandsysteme für die Echtzeit-Überwachung, wofür jedoch nur begrenzte Budgets zur Verfügung stehen. Daher sind neue, kosteneffiziente Methoden für die Erfassung und Echtzeit-Überwachung der Kommunikation über ein breites Frequenzband erforderlich.

1. Teil: Mehr Details in kürzerer Zeit untersuchen
2. Teil: Neue Messkonzepte und -geräte nötig
3. Teil: Entwicklung von Embedded-HF-Systemen und EMV-Diagnose

Weiterführende Links:

• Kfz-Messtechnik: Die Evolution der Echtzeit-Tests