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<H1>www.duv24.net : Wolf,J. + Obertreis, R.: Verfahren zur schnellen Nachbarkanal- Leistungsmessung </H1>
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<TD VALIGN=TOP CLASS=detailBereichRedaktion>Bereich >
Redaktion
> <B><FONT color="#CC3300">Fachbeiträge</FONT></B></TD>
<TD ALIGN=right VALIGN=bottom CLASS=detailDatum>06.02.2001</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailFirma ID=topSpace>ROHDE&SCHWARZ GmbH & Co. KG:</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailTitel>Wolf,J. + Obertreis, R.: Verfahren zur schnellen Nachbarkanal- Leistungsmessung </TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailSubtitel>Leistung mit Kanalfiltern im Zeitbereich messen </TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailContent>Erschienen in TEST-KOMPENDIUM 2001, S. <BR>(pdf-Version in toolbos untr "details")<BR><BR>Vorwort <BR><BR>Zur Messung der Nachbarkanal-Leistung von modulierten Signalen werden häufig Spektrumanalysatoren verwendet. Aus <BR>diesem Grund enthalten die meisten Spektrumanalysatoren Firmware-Routinen, die die Bildpunkte einer Kurve innerhalb der Bandbreite der verschiedenen Kanäle integrieren. Dieses Verfahren ist langsam wegen der schmalen Auflösefilter, die zur Messung des Signalspektrums benötigt werden. Um diese Geschwindigkeitshürde zu umgehen, wird eine neue Methode vorgestellt, bei der die Leistung mit speziellen Kanalfiltern im Zeitbereich gemessen wird. Zusammen mit einem Leistungsdetektor können damit schnelle Nachbarkanal-Leistungsmessungen durchgeführt werden. <BR><BR>Einleitung<BR><BR>Eine der bekanntesten und wichtigsten Spektrun-Messungen an digital modulierten Signalen ist die Messung der <BR>Nachbarkanal-Leistung im Verhältnis zur Leistung im Sendekanal (ACPR = Adjacent Channel Power Ratio oder ACLR = Adjacent Channel Leakage Ratio). Aussendungen in die Nachbarkanäle beeinträchtigen die Qualität der Signale, weshalb es Verstärker verwendet werden. Andererseits muss der Stromverbrauch insbesondere bei Mobilstationen niedrig sein, um eine lange Betriebsdauer zu erreichen. Diese beiden Forderungen widersprechen sich. Eine genaue und reproduzierbare Messung des Nachbarkanal-Leistungsverhältnissesverhältnisses ist daher wichtig bei der Entwicklung und Herstellung von Mobiltelefonen und entsprechenden Modulen wie z.B. Ausgangsverstärkern. insbesondere in der Produktion von <BR>Mobiltelefonen und deren Module und Bauteile ist die Messgeschwindigkeit von wesentlicher Bedeutung für eine hohe Durchsatzrate. Die ACPR-Messung ist eine der zeitaufwendigsten Spektrum-Messungen in der Produktion. <BR>Dieses Papier stellt zwei Verfahren für die ACPR-Messung mit Spektrumanalysatoren vor und vergleicht sie in Bezug auf Geschwindigkeit und Genauigkeit. Beim ersten Verfahren wird die Kanalleistung durch Integration er Bildpunkte über die analbandbreiten im Frequenzbereich ermittelt. Im Vergleich dazu wird das neue Zeitbereichs-Verfahren vorgestellt, bei dem die Kanalleistungen mit dedizierten Kanalfiltern gemessen wird. Die beiden Verfahren werden beispielhaft auf ein W- CDMA Signal nach dem 3GPP-Standard angewendet. <BR><BR>Hauptteil<BR><BR>ACPR-Messung an W-CDMA-Sendesignalen <BR>In der 3GPP Spezifikation TS 25.101 ist die ACLR-Messung für Mobilstationen vorgeschrieben. Gemäß dieser Spezifikation ist, ist das Messfilter im Sendekanal und den Nachbarkanälen ein RRC-Filter mit den Kenndaten fchip =3,84 MHz und a = 0,22 (a = excessive Bandbreite). Der Frequenzabstand zwischen den Kanälen beträgt 5 MHz. Bei der ACLR-Messung wird das Verhältnis der Leistung im Nachbarkanal zur Leistung im Sendekanal in dezibel angegeben.<BR><BR><BR>Kanalleistung mit der Integrationsmethode <BR>Bei der Messung der Kanalleistung mit der Integrationsmethode werden die Bildpunkte im Frequenzbereich aufintegriert.<BR>Zusätzlich muss bei 3GPP W-CDMA die Leistung Pi der einzelnen Bildpunkte mit der RRC-Filterfunktion bewertet werden. Bei der Integrationsmethode im Frequenzbereich muss beim Spektrumanalysator eine im Vergleich zur <BR>Kanalbandbreite kleine Auflösebandbreite (RBW) eingestellt werden. Üblicherweise sind Bandbreiten im Bereich zwischen 1<BR>% und 4% der Kanalbandbreite erforderlich, um ein steilflankiges Kanalfilter mit ausreichend hoher Genauigkeit anzunähern.<BR><BR>Für eine W-CDMA-Kanalbandbreite von 3,84 MHz wird üblicherweise die 30-kHz-Auflösebandbreite verwendet. Um den Sendekanal und alle Nachbarkanäle gleichzeitig darstellen zu können ist ein Darstellbereich von insgesamt 25 MHz erforderlich. <BR>Bei einer Darstellbreite von 25 MHz und einer Auflösebandbreite von 30 kHz ergibt sich eine Sweep-Zeit von 83 ms. <BR>Aufgrund der statistischen Verteilung der Amplitudenwerte bei digital modulierten Signalen und der begrenzten Anzahl von Bildpunkten im Kanal führt ein Sweep nicht zu ausreichend stabilen Messergebnissen. Daher muss eine Leistungsmittelung über mehrere Frequenzdurchläufe durchgeführt werden, wodurch sich in der Praxis Messzeiten im Sekundenbereich ergeben. Eine häufig angewendete Methode, die Mittelung über mehrere Messkurven, sollte vermieden werden, da sie zu falschen Ergebnissen führt. Der Grund ist, dass die Mittelung bei einer logarithmisch skalierten Messkurve erfolgt und damit bei rauschäh1ilichen Signalen zu fehlerhaften Ergebnissen der Leistung führt. Eine geeignete Möglichkeit, diesen Fehler zu vermeiden, ist die Leistungsmittelung mit Hilfe eines RMS-Detektors. Beim RMS-Detektor wird vor der Darstellung fi1r jeden Bildpunkt der quadratische Mittelwert des dem Bildpunkt zugrunde liegenden Spektrums berechnet. Die <BR>Integrationszeit pro Bildpunkt und damit die Stabilität der Messwerte kann bei dieser Methode durch eine längere Sweep-Zeit erhöht werden. Abb. 2 zeigt eine Nachbarkanal-Leistungsmessung an einem W-CDMA-Signal mit dem RMS-Detektor. <BR><BR>Nachbarkanal-Leistungsmessung im Zeitbereich <BR>Das einfachste Verfahren für die Nachbarkanal-Leistungsmessung ist die Messung der Leistung im Zeitbereich. Dafür sind Auflösefilter mit der entsprechenden Kanalbandbreite und geeigneter Charakteristik der Übertragungsfunktion erforderlich. Bei 3 GPP WCDMA ist dazu das oben erwähnte root raised cosine Filter vorgeschrieben. Diese Anforderung kann üblicherweise von Spektrumanalysatoren nicht erfüllt werden, da deren Auflösefilter auf schnelles Einschwingen fi1r eine " möglichst kurze Sweepzeit unter Verzicht auf Selektion konzipiert sind. Die Zeitbereichsmethode war deshalb bisher Spezialempfängern fi1r dedizierte Standards vorbehalten. Der Fortschritt bei A/D-Wandlern und Signalverarbeitungs- <BR>Routinen in hochintegrierten, applikationsspezifischen SchaltU11gen (ASICs) machen es nun möglich, Auflösefilter mit großer Bandbreite und hoher Selektivität in digitaler Form im I/Q-Basisband zu integrieren. Abb. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer digitalen ZF-Filterung im Basisband z.B. im Rohde & Schwarz Spektrumal1alysator FSP. <BR>Da die Filterkoeffizienten der Tiefpass-Filter programmierbar sind, kann fast jede Filtercharakteristik eingestellt werden. Zum Beispiel das RRC-Bewertungsfilter, vorgeschrieben für die Kanalleistungsmessung bei 3GPP W -CDMA, lasst sich damit leicht integrieren. Bei der Messung wird die Mittenfrequenz des Spektrumanalysators wie bei einem Empfänger durch die verschiedenen zu messenden Kanäle geschaltet. Im Falle von W-CDMA wird die Leistung in den beiden oberen und unteren Nachbarkanalen und dem Sendekanal gemessen. Die minimale Messdauer, die durch die Einschwingdauer der Kanalfilter bestimmt wird, ist kürzer als bei der Integrationsmethode, da kein schmalbandiges Auflösefilter erforderlich ist. <BR>Die Stabilität des Messergebnisses wird durch Einstellen der Sweep-Zeit am Spektrumanalysator kontrolliert. Bei längeren Sweep-Zeiten verlängert sich die Zeit für die Leistungsintegration, was zu stabileren Messergebnissen führt. Abb. 5 zeigt die ACLR-Messung im Zeitbereich mit einem Rohde & Schwarz Spektrumanalysator FSP. <BR>Die Kanalkonfiguration und die Messergebnisse werden im unteren Teil des Bildschirms angezeigt. Die Kurve im oberen Teil des Bildschirms dient nur zur Übersicht und zeigt die Leistung der verschiedenen Kanäle im Zeitbereich. <BR>Die Zeitbereichs-Methode erlaubt bei Verwendung des Spitzenwert-Detektors anstatt des RMS-Detektors auch die Messung - von Schaltspitzen im interessierenden Kanal. Dies ist nicht möglich, wenn schmale Auflösefilter im Vergleich zur Kanal- Bandbreite verwendet werden. Mit im Vergleich zur Signalbandbreite schmalen Auflösefiltern wird die Amplitudenstatistik in eine gaußförmige umgewandelt und Amplitudenspitzen werden damit nicht mehr pegelrichtig gemessen. <BR><BR>Geschwindigkeitsvergleich<BR>Die Messgeschwindigkeit ist von wesentlicher Bedeutung insbesondere bei Nachbarkanal-Leistungsmessungen in der Produktion. Um beide Verfahren vergleichen zu können, muss neben der Messzeit auch die Wiederholbarkeit der Messergebnisse berücksichtigt werden. Durch die statistische Amplitudenverteilung von digital modulierten Signalen treten Schwankungen in den Messergebnissen auf, die umso geringer sind, je mehr Signalinformation zur Messung verwendet wird. Ein übliches Maß für die Reproduzierbarkeit ist die Standardabweichung (68%-Wert), mit der die Messergebnisse vom wahren Wert abweichen. Diese ist abhängig von der Messzeit. Um die Schwankungsbreite zu erhalten, innerhalb der 95% der Messwerte liegen, muss der doppelte Wert der Standardabweichung verwendet werden. <BR>In Abb. 6 sind die Standardabweichungen der Messergebnisse für die Integrationsmethode und die Zeitbereichsmethode in den verschiedenen Kanälen als Funktion der Sweep-Zeit dargestellt. Die Kurven sind durch Messung ermittelt. <BR><BR>Um z.B. eine Reproduzierbarkeit von 0,5 dB zu gewährleisten (95 % aller Messwerte liegen innerhalb von 0,5 dB vom wahren Wert) muss die Standardabweichung 0,25 dB sein. Aus Abb. 6 ergibt sich für Integrationsmethode eine Sweep-Zeit von 80ms.Im Gegensatz dazu beträgt die erforderliche Sweep-Zeit bei der Zeitbereichsmethode nur 6 ms. Die angegebenen Werte geben die Netto-Messzeit an. Die tatsächliche Messgeschwindigkeit, z.B. über die GPIB-Schnittstelle, hängt zusätzlich von der Rechenleistung und der Frequenzeinstellzeit des Spektrumanalysators ab. Als Anhaltspunkt für die erreichbaren Messzeiten ist ein praktischer Vergleich mit dem R&S Spektrumanalysator FSP angegeben. Mit der Integrationsmethode beträgt die Gesamtmesszeit bei 5 W-CDMA Kanälen und 0.25 dB Standardabweichung 125 ms. Mit der Zeitbereichsmethode wurde unter denselben Voraussetzungen eine Messzeit von 35 ms ermittelt.<BR><BR>Zusammenfassung<BR><BR>Bei einem Vergleich der behandelten Verfahren zur ACLR-Messung ist die Zeitbereichs-Messung sehr attraktiv in Bezug auf die Messzeit und die im Spektrumanalysator benötigte Rechenkapazität. Messungen für einen Geschwindigkeitsvergleich der Messungen an einem 3GPP W -CDMA-Signal mit dem R&S Spektrumanalysator FSP zeigen, dass die Messung mit dem FSP drei bis viermal schneller ist als mit der Integrationsmethode im Frequenzbereich. Die Zeitbereichs-Methode erlaubt zusätzlich die Messung der Nachbarkanal-Leistung aufgrund von Schaltspitzen, was bei der integrierten Bandbreiten- Messung mit einem Spektrumanalysator im Frequenzbereich nicht möglich ist. <BR></TD>
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<P><I>Diese Seite wurde am 25.09.2004, 13:11 Uhr aktualisiert</I></P>
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