Echtzeit-Spektrumanalysatoren
5G, Wi-Fi 6 und UWB sicher testen
Neue Funk- und Kommunikationsstandards bringen neue Herausforderungen mit sich. Mit Hilfe von Echtzeit-Spektrumanalysatoren lassen sich die entsprechenden Produkte und Infrastrukturen den neuen Anforderungen gemäß sicher testen und überwachen. Hier setzt Aaronia mit seiner Spectran-V6-Serie an.
Echtzeit-Spektrumanalysatoren (Real-Time Spectrum Analyzer, RTSA) sind unverzichtbare Werkzeuge in der modernen Funktechnik. Ihre Fähigkeit, schnelle und präzise Messungen in Echtzeit durchzuführen, macht sie besonders wertvoll für die Analyse von Funksignalen und für den Aufbau oder die Entstörung aller Arten von Funknetzwerken. Allerdings stellt die kontinuierliche Weiterentwicklung von Funkstandards wie 5G, Wi-Fi 6 und ultrabreitbandigen Kommunikationssystemen (UWB) die Systeme vor immer neue Herausforderungen. So nutzen die neuen Standards beispielsweise komplexe Modulationsverfahren und höhere Bandbreiten, was eine detaillierte Analyse der Signale erschwert. Echtzeit-Spektrumanalysatoren müssen daher hohe Abtastraten und eine große Bandbreite bieten, um diese Signale präzise erfassen und analysieren zu können. Wi-Fi 6 stellt eine ganz eigene Herausforderung dar, weil es auf eine höhere Dichte von Geräten und eine effizientere Nutzung des Spektrums abzielt. Hier gilt es, Signale mehrerer gleichzeitiger Übertragungen zu unterscheiden und zu bewerten. Hinzu kommt die Interferenzanalyse in stark frequentierten Frequenzbändern. All das ist nur mit Echtzeit-Spektrumanalysatoren möglich.
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Flexible Echtzeitbandbreite
Hier setzt Aaronia mit seinen Analysatoren der Serie Spectran V6 an. Mit ihrer Echtzeitbandbreite von bis zu 490 MHz sind sie den neuen Anforderungen gewachsen, weil sie selbst die 320 MHz breiten Kanäle des neuen IEEE 802.11ax-Standards vollständig erfassen können. Alternativ erlaubt die Reduzierung der Echtzeitbandbreite die lückenlose Erfassung der mit 16 bit abgetasteten IQ-Signale. Diese Daten stehen dem Nutzer auf dem jeweils angeschlossenen PC zur Verfügung – beispielsweise, um mit Hilfe der Dekodierlösungen die Kanalbelegung zu optimieren, einzelne Geräte zu lokalisieren oder Repeater-Standorte zu ermitteln. Durch Kombination mehrerer Spectran V6 lässt sich die Echtzeitbandbreite beliebig erhöhen. So erlaubt die Kaskadierung von nur vier V6 die lückenlose Echtzeitmessung zum Beispiel von 20 MHz bis 1 GHz, was einen Zeitvorteil bei einer Vielzahl von Messungen bedeutet.
Schnelle Frequenzüberwachung
Eine wichtige Eigenschaft von Echtzeit-Spektrumanalysatoren ist ihre Fähigkeit, ein breites Frequenzspektrum extrem schnell überwachen und selbst sehr kurze Signale erkennen zu können. Sweep-Geschwindigkeiten von 1 THz/s sind daher die Grundvoraussetzung für effiziente Messungen und ein Must have moderner Echtzeit-Spektrumanalysatoren. Besonders wichtig ist das in Umgebungen mit hoher Signaldichte oder beim klassischen Spektrum-Monitoring. Auch hier punkten die Spectran-Geräte: Sie verfügen durchweg in allen Preisklassen über sehr schnell durchschaltende Filterbänke, die sonst nur bei teuren High-end-Geräten integriert sind. Dadurch sind sie in der Lage, die dynamischen Änderungen in den Signalstrukturen sowie durch verschiedene Quellen verursachte Interferenzen zu analysieren.
Applikationsspezifische Gerätevarianten
Um möglichst vielfältigen Anforderungen gerecht zu werden, bietet Aaronia die Spectran-V6-Geräte in unterschiedlichen Varianten an. So sind beispielsweise die neuen Spectran-V6-Plus-Modelle in der Lage, im Frequenzbereich von 9 kHz bis 55 GHz selbst kurzzeitige Störsignale zu erfassen, zu lokalisieren und deren Ursache zu ermitteln beziehungsweise sie zu beseitigen.
Der ebenfalls neue Spectran V6 5G zielt speziell auf die Anforderungen von 5G ab. 5G nutzt eine breite Palette an Frequenzbändern die eine wesentlich höhere Frequenz als frühere Mobilfunkstandards aufweisen, wie etwa das hochfrequente (EHF-)Band von 30 GHz bis 300 GHz. Die Analyse solcher Hochfrequenzsignale erfordert Spektrumanalysatoren, die eine hohe Frequenzauflösung und ausreichend hohe Bandbreite bieten, um die komplexe Struktur der Signale darzustellen. Zudem nutzen 5G-Systeme Beamforming-Techniken und Massive-MIMO (Multiple Input Multiple Output), was die Analyse weiter verkompliziert. Hierfür sowie für Messungen im Mobilfunkumfeld ist der Spectran V6 5G ausgelegt. Das Gerät unterstützt auch die WiGig-45-GHz(802.11aj)- und 60-GHz(802.11ad/aj/ay)-Profile, die in der neuesten Version der RTSA Suite Pro zur Signalaufzeichnung und Datenanalyse enthalten sind.
Die Sweep-Geschwindigkeit der Eco-, 5G- und Xplorer-Serien beträgt bis zu 3 THz/s. Das sorgt für eine schnelle Aktualisierung des Spektrums und für die Erfassung transienter Signale – was vor allem bei der Analyse von Frequenzhopping-Signalen oder bei der Suche nach intermittierenden Störungen wichtig ist.
Schlüsselfaktor Software
Ausschlaggebend sind aber nicht nur die Echtzeitbandbreite, POI und Sweep-Geschwindigkeit der Hardware. Vielmehr spielt die Software eine entscheidende Rolle. Aaronia setzt bei der Entwicklung ihrer Echtzeit-Spektrumanalysatoren auf ein modulares Hardwarekonzept, unterstützt von der ebenfalls modular erweiterbaren und an alle Bedürfnisse anpassbaren Analysesoftware RTSA-Suite Pro für die Signalaufzeichnung und Datenanalyse. Die Record-&-Replay-Funktion des Spectran V6 speichert in Verbindung mit der RTSA-Suite Pro alle Informationen auf dem lokal angeschlossenen Computer. So lassen sich alle Informationen dauerhaft speichern, die zur Wiederherstellung eines Signals nötig sind, beispielsweise um es detaillierter zu untersuchen. Ein weiterer Vorteil ist die grundsätzlich unbegrenzte Aufzeichnungsdauer, die nur von der Kapazität der verwendeten Speichermedien abhängt.
Viele zentrale Funktionen sind bereits standardmäßig in der Basisversion der Software enthalten. Dazu gehören unter anderem die gleichzeitige Anzeige diverser 2D- und 3D-Signalvisualisierungen, Trigger, AM/FM Decoder sowie Filereader und Filewriter zur Aufzeichnung und Wiedergabe von IQ-Daten. Zusätzlich stehen zahlreiche Funktionserweiterungen zur Auswahl, die sich einfach per Softwarelizenz nachinstallieren lassen und somit den Funktionsumfang des Gerätes erheblich vergrößern oder auf geänderte Anforderungen anpassen.
Einfache Konfiguration und Bedienung
Mithilfe des modularen Baukastensystems lassen sich selbst komplexe Messaufgaben innerhalb kürzester Zeit per Drag&Drop konfigurieren. Durch Zusammenstellen verschiedener Blöcke entsteht ein visuelles Abbild des Messaufbaus. Häufig benötigte sogenannte Missions können als fertige Projekte gespeichert und bei Bedarf abgerufen werden. Zahlreiche vordefinierte Konfigurationen stehen auf der Aaronia-Webseite zum Herunterladen bereit. Diese kann der Anwender in die RTSA-Suite Pro einlesen und sofort mit den Messungen starten.
Die RTSA-Suite Pro lässt sich nicht nur mit Aaronia-Messgeräten verwenden, sondern ist kompatibel zu anderen Markengeräten. Je nach Anforderung kann die RTSA-Suite Pro auf Windows-10/11- oder Linux-Systemen eingesetzt werden. Es sind lediglich mindestens 2 GByte Arbeitsspeicher sowie ein Quad-Core-Prozessor mit 1,6 GHz Taktfrequenz und AVX2-Unterstützung nötig. Damit ist sie auch auf kleineren Computern lauffähig. Für komplexere Visualisierungen mit mehreren verschiedenen Ansichten zeitgleich empfiehlt sich jedoch eine entsprechend leistungsstarke PC-Hardware.
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