Breitbandige HF-Signale für Testszenarien erzeugen und erfassen

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Innovationszentrum für Telekommunikationstechnik GmbH IZT

Große Datenmengen in Echtzeit analysieren und speichern

Benötigen Anwender eine hohe Bandbreite und einen entsprechend guten Dynamikbereich, bietet der R4000 eine Echtzeitbandbreite von 120 MHz, mit der sich große Datenmengen in Echtzeit analysieren und speichern lassen. Will man dem Anspruch gerecht werden, dass sich ein solches Gerät auch in realen Signalumgebungen bewährt und die Bandbreitenerweiterung nur Vorteile und keine Nachteile haben soll, dann schafft eine derart große Echtzeitbandbreite natürlich eine Reihe von neuen Herausforderungen. Da trotz der Linearität Übersteuerungen auftreten können und die Verstärkungsregelung des Empfängers entsprechend eingreifen müsste, sollte zunächst weit vorne im Analogteil die einfallende HF-Leistung begrenzt werden. Zu diesem Zweck wurden in dem Gerät konfigurierbare passive Hoch-, Tiefpass- und Sperrfilter verbaut.

Signalverarbeitung zwischen FPGA und Software

Betrachtet man an einem wenig exponierten Standort breitbandig das Funkspektrum, so wird man schnell feststellen, dass der überwiegende Teil davon kaum benutzt wird. Im Regelfall lohnt es sich daher nicht, diese inaktiven Bereiche mit zu erfassen. Hier ist es hilfreich, die Datenmenge schon weit vorne in der digitalen Verarbeitung zu begrenzen und nur die Teilbänder weiter zu verarbeiten, die entweder aktiv sind oder für die sich der Nutzer explizit interessiert. Es lassen sich bis zu 127 unterschiedliche Teilbänder dynamisch aus dem mit 120 MHz breiten Eingangsspektrum extrahieren und frei konfigurierbar über LAN an unterschiedliche Workstations zur weiteren Verarbeitung versenden. Bis zu 80 MHz kumulative Signalbandbreite können so über zwei Gigabit LAN-Schnittstellen versandt werden, über 10 GBit passen die vollen 120 MHz.

Geschickte Signalverteilung zwischen FPGA und der Gerätesoftware

Der Vergleich macht es deutlich: Der R3000 ist die digitale Realisierung eines klassischen analogen Empfängers. Anders hingegen der R4000, der als ein reinrassiger "Software Defined Receiver" (SDR) angesehen werden kann, bei dem nach der Digitalisierung der Daten kaum mehr Übereinstimmungen zu klassischen Empfängerarchitekturen erkennbar sind. Stattdessen hat es der Nutzer mit virtuellen Receivern zu tun, die wie aus dem Nichts erschaffen werden, die gewünschten Signale liefern, und wieder verschwinden, wenn sie nicht mehr benötigt werden. Bis zur Ausgabe der extrahierten I/Q-Daten zur Demodulation arbeitet der R4000 überwiegend im Spektralbereich. Die Signalverarbeitung ist geschickt verteilt zwischen dem schnellen FPGA und der Software auf den Workstations, die wesentliche Teile der Datenpufferung übernimmt. Die Funktionalität des Data-Prozessors, im speziellen Fall des R3000 ein Offline-Tool, ist beim R4000 ein integraler Bestandteil des Empfängers.

Wenn ein einziges Signal nicht ausreichend ist

Bei allen bereits genannten Problemstellungen kommt man schnell zu dem Schluss: ein einziges Signal reicht nicht – man braucht mindestens zwei, besser viele und die sollten zueinander in einem sehr gut definierten Zusammenhang stehen. Solch ein universelles Werkzeug, um praxisgerecht breitbandige Signale zu erzeugen und zu kombinieren, stellt der IZT S1000 dar. Mit diesem Gerät soll es möglich sein, bis zu 31 völlig unterschiedliche Signale innerhalb einer Echtzeitbandbreite von 120 MHz frei miteinander zu kombinieren.

Anders als bei konventionellen Lösungen beim Einsatz schneller Arbiträrgeneratoren mit recht überschaubaren Speichertiefen, entfällt der Schritt der Offline-Synthese des Summensignals. Die Synthese erfolgt online im Gerät selbst. Die Vorteile sind immens: neben einer massiven Ersparnis an Datenvolumen und somit annähernd beliebig langer Dauer der einzelnen Signale lassen sich die Signale während des Betriebs interaktiv steuern, als würden sie aus 31 einzelnen, klassischen Signalgeneratoren kommen. Bei der Erstellung der Testszenarien kann der Nutzer jedwede Kombination aus idealen, synthetischen und aufgezeichneten Signalen zusammenstellen.

* Rainer Perthold ist Geschäftsführer des Innovationszentrums für Telekommunikationstechnik IZT in Erlangen.

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