Signalanalyse Signalmessung an verschiedenen Punkten in einem LTE-Sender

Mehr und mehr ersetzen in Mobilgeräten und Basisstationen digitale Schnittstellen herkömmliche analoge Interfaces zwischen den Baugruppen. Deshalb sind neue Techniken des Signalabgriffs und bereichsübergreifender digital/analoger Signalanalyse nötig. Das gilt insbesondere für drahtlose Kommunikationssysteme der neuesten 3GPP-LTE-Generation (Long Term Evolution).

Ein Signal in einem LTE-Sender zu messen, ist oftmals einfach: Man verbindet lediglich den HF-Ausgang des Senders direkt mit dem Eingang eines HF-Signalanalysators und misst Signalcharakteristik und -inhalt. Für einige Messungen muss man das Messsignal allerdings weiter vorn im Übertragungsweg abgreifen. Das Bild zeigt den Aufbau eines typischen Mobil-Transceivers und verschiedene Punkte, an denen man Signale abgreifen oder einspeisen kann.

HF-Messungen am Antennenanschluss

Der HF-Ausgang (oder Antennenanschluss) ist der traditionelle Messpunkt für die Signalanalyse. Ein kritischer Parameter, der präzise gemessen werden muss, ist die HF-Ausgangsleistung. Moderne Spektrum- und Signalanalysatoren weisen eine Messgenauigkeit auf, die der von Leistungsmessgeräten nicht nachsteht. Sie eignen sich dadurch bestens für solche Messungen. Dabei darf man allerdings nicht vergessen, dass eine hohe Messgenauigkeit auch wesentlich von der sorgfältigen Auswahl und dem überlegten Einsatz von Messkabeln, Steckverbindern und Adaptern abhängt. Wie man bei der HF-Signalanalyse am sinnvollsten vorgeht, entnimmt man am besten den entsprechenden Applikationsberichten.

Spektrum- und Signalanalysatoren sind gegenüber Leistungsmessgeräten eindeutig im Vorteil, weil sie zeit- und frequenzselektiv messen können. Mit entsprechender Software kann man ihre Selektivität in den Bereich der digitalen Demodulation ausdehnen und so beispielsweise einzelne OFDM-Unterträger (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) oder Gruppen von Unterträgern separat messen. Sinngemäß kann man genauso einzelne Symbole oder Symbolgruppen einzeln messen. Für die Fehlersuche oder die Systemoptimierung sind solche selektiven Messungen ausgesprochen nützlich.

Man nutzt die HF-Analyse am Antennenanschluss, um damit das komplette Übertragungssystem mit allen Untersystemen zu bewerten. Die selektive Beurteilung einzelner Subsysteme, etwa Mischer, Filter, Lokaloszillatoren und Leistungsverstärker, erfordert allerdings einen Signalabgriff an verschiedenen Punkten im System. Der zunehmende Einsatz von Techniken der digitalen Signalverarbeitung, etwa Crestfaktor- Reduktion und Vorverzerrung in den Basisbandstufen des Senders, verkompliziert die Interpretation der Ergebnisse der HF-Messungen, und zwar unabhängig davon, ob es sich hierbei um Spektrum- oder Zeitmessungen handelt oder um eine Analyse der Digitaldemodulation.

Will man Einzelbaugruppen oder Subsysteme bewerten, geht man oft schrittweise vor. Man speist das Signal eines Signalgenerators oder das eigene Basisband-Zwischenfrequenzsignal in einen Sender ein und misst Schritt für Schritt an dahinterliegenden Punkten im Übertragungsweg, um Verzerrungen, unerwünschte Signalkomponenten und andere Signalfehler zu quantifizieren, die von einzelnen Stufen oder Bauteilen des Senders verursacht werden.

Messung von ZF-Signalen

Signalanalyse auf der Zwischenfrequenzebene dient dazu, die Signalqualität nach der ersten Aufwärtsmischung oder die Signalqualität eines Zwischenfrequenzsignals zu bestimmen, das direkt aus dem Basisband heraus generiert wurde. Die Analyse der Zwischenfrequenz hilft weiterhin dabei, zu ermessen, welchen Anteil an den Verzerrungen die Aufwärtsmischung und die HF-Verstärker beitragen. Wenn ein Entwickler weiß, welche Stufe wie viel Verzerrung beiträgt (deren möglichst geringe Summe die Qualität eines Senders ausmacht), dann kann er Einzelprobleme lokalisieren und beim Design die unvermeidlichen Kompromisse bezüglich Leistung, Kosten und Leiterplattenplatzbedarf schließen.

Bei einigen Sendern wird das ZF-Signal direkt von einer volldigitalen  Basisbandschaltung erzeugt. Sie treibt einen einzigen Digital/Analog-Wandler (DAC, Digital-to-Analog Converter), dessen Ausgang das Zwischenfrequenzsignal abgibt. Dieses analoge Zwischenfrequenzsignal kann zwar direkt gemessen werden, es kann aber dennoch hilfreich sein, die Qualität und den Inhalt des D/A-Wandler-Eingangssignals zu kontrollieren. Man wird dazu die Signalqualität des Ausgangssignals des D/A-Wandlers mit seinen digitalen Eingangssignalen vergleichen.

Für eine solche Mixed- Signal-Analyse lässt sich eine Vektorsignalanalyse- Software einsetzen, die auf einem Logikanalysator läuft. Ein solches Gerät erfasst an seinem Eingang Digitalsignale und nicht analoge HF-Signale. Die Analyse selbst führt es dann aber mit den gleichen Algorithmen und der gleichen Bedienschnittstelle durch wie ein herkömmlicher Signalanalysator.