Basisband-Signalanalyse mit dem Oszilloskop

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Der Einsatz einer Software-Schnittstelle

Einfacher und schneller geht es, wenn er ein RTO in Verbindung mit der I/Q-Software-Schnittstelle RTO-K11 einsetzt: Dann extrahiert die Software aus dem Eingangssignal die I/Q-Daten und stellt sie mit einer definierbaren Abtastrate zur Verfügung. Der Anwender überträgt diese Daten dann nur noch in das Analyse-Tool und kann sofort mit der Demodulation beginnen. Für die Analyse der I/Q-Daten bietet sich die komfortable Software Matlab an, nicht zuletzt wegen ihrer vielen Auswertefunktionen. Auch jede andere Programmierumgebung ist einsetzbar, beispielsweise Labview.

Lange Aufzeichnungsdauer dank Frequenzumsetzung

Zur detaillierten Signalanalyse bestimmter Übertragungsverfahren bietet Rohde & Schwarz spezielle optionale Analyse-Software an: Die OFDM-Vektor-Signalanalyse-Software FS-K96 ist zum Beispiel interessant für Komponenten aus dem Digital-Broadcast-Bereich sowie für WLAN/WiMAX- oder LTE-Komponenten. Die Analysesoftware FS-K112 ist für Messungen an Komponenten für die Near Field Communication (NFC) konzipiert. Bei beiden muss auf dem RTO die I/Q-Software-Schnittstelle installiert sein.

Um die I/Q-Daten zu erhalten, wird das Eingangssignal von der Hochfrequenz- oder Zwischenfrequenzlage in das komplexe Basisband gemischt. Das erfolgt hardwarebasiert und ist deutlich schneller als eine Berechnung per Software. Da dann das Signal im Basisband vorliegt, kann der Anwender in der RTO-K11 mit einer relativ niedrigen Abtastrate arbeiten. Dies wiederum ermöglicht es, Signale über längere Zeitspannen aufzuzeichnen, ohne große Datenmengen verwalten zu müssen. Dazu ein Beispiel: Ein Signal mit einer Bandbreite von 80 MHz und einer Trägerfrequenz von 3 GHz soll demoduliert und analysiert werden. Weil die Bandbreite beim Einsatz der genannten I/Q-Software-Schnittstelle bis 80% der Nyquist-Bandbreite betragen darf, reicht nach der hardwarebasierten Frequenzumsetzung ins Basisband eine Abtastrate von 100 MSa/s aus. Die RTO-K11 unterstützt eine maximale Speichertiefe von 10 Millionen Sample. Demzufolge beträgt der Aufzeichnungszeitraum für die I/Q-Daten des Beispielsignals 100 ms.

Anders bei marktüblichen Oszilloskopen, bei denen die Frequenzumsetzung per Software erfolgt: Sie erfordern für das gleiche Signal eine Mindestabtastrate von 6,1 GSa/s. Bei einer Aufzeichnungsdauer von 100 ms fallen 610 MSa an. Bei einer derart großen Datenmenge muss der Anwender die Speichertiefe kostspielig erweitern – sofern möglich. Ansonsten muss er sich mit kürzeren Erfassungszeiten zufriedenzugeben.

Beispiel: Analyse eines IEEE-802.11ac-Signals

Der künftige Gigabit-WLAN-Standard IEEE 802.11ac basiert im Wesentlichen auf 802.11n. Durch höhere Modulationsverfahren wie 264 QAM und größere Bandbreiten mit 80 oder 160 MHz erreicht 802.11ac jedoch im 5-GHz-Band einen deutlich höheren Datendurchsatz. Für Sendertests kann das RTO IEEE-802.11ac-Signale im Basisband oder auf einer Zwischenfrequenz erfassen. Mit der OFDM-Vektor-Signalanalyse-Software FS-K96 lässt sich das Signal dann demodulieren und analysieren. Im Lieferumfang der Software sind standardkonforme Konfigurationsdateien für OFDM-basierte Kommunikationsstandards wie IEEE 802.16 (WiMAX) oder die WLAN-Standards IEEE 802.11a/g/n/ac enthalten. Proprietäre OFDM-Signale, wie sie beispielsweise in militärischen Anwendungen vorliegen, können damit ebenfalls analysiert werden.

Bei der Analyse eines 80 MHz breiten IEEE 802.11ac-Signals mit dem RTO und der FS-K96 ergibt sich eine Gesamt-EVM, oder auch Error Vector Magnitude, von –42 dB. Das ist ein sehr gutes Ergebnis, das nahezu auf dem Niveau dessen liegt, was ein Mittelklasse-Signalanalysator liefert. Das ist vor allem den Eigenschaften der RTO-Eingangsstufe zu verdanken.

* Sylvia Reitz ist Produktmanagerin für Oszilloskope bei Rohde & Schwarz in München.

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