Optimieren Sie Ihren Signal- und Spektrumanalysator, um die strengsten EVM-Anforderungen zu adressieren

Ihre Anforderung

Die jüngsten Entwicklungen bei zellularen und nichtzellularen Standards zeigen einen klaren Trend hin zu größeren Signalbandbreiten und höheren Modulationsordnungen. Dies hat unmittelbare Folgen für die Anforderungen an die EVM-Performance von Prüflingen und Messgeräten. Beispielsweise brachte die jüngste Version des Standards IEEE 802.11be eine Verdoppelung der maximalen Bandbreite von 160 MHz auf 320 MHz mit sich und sieht Modulationsordnungen bis 4096QAM vor. Folglich legt dieser Standard den EVM-Grenzwert bei Verwendung einer 4096QAM-Modulation auf −38 dB fest, einen deutlich strengeren Wert als frühere Wi-Fi®-Standards. Da dieser Grenzwert auf Systemebene gilt, müssen die EVM-Anforderungen auf Komponentenebene sogar noch strenger sein, damit auch auf Systemebene ein standardkonformer Gesamt-EVM sichergestellt ist. Die Hersteller von Wi-Fi®-Verstärkern und Chips verlangen daher Signal- und Spektrumanalysatoren mit einem Rest-EVM zwischen −53 dB und −55 dB, der einen ausreichenden Spielraum für eine zuverlässige Komponentencharakterisierung gewährleistet.

Die EVM-Performance-Anforderungen verschärfen sich auch bei 5G-Over-the-Air-Testszenarien, wo die Signalpegel aufgrund der hohen Freiraumdämpfung in der Regel sehr niedrig ausfallen. Die EVM-Performance des Signal- und Spektrumanalysators muss gut genug sein, um solchen Signalpegeln gerecht zu werden.

Selbst für High-End-Geräte mit exzellenter HF-Leistung, wie den R&S®FSW Signal- und Spektrumanalysator, erweisen sich diese Vorgaben als echte Herausforderung. Erweiterungen, mit denen sich eine weitere Verbesserung der EVM-Performance erzielen lässt, sind gefragt.

Lösung von Rohde & Schwarz

Wenn wir einen Prüfling mit einem Referenzsignal (s_ref) an seinem Eingang betrachten, enthält das gemessene Signal (s_meas) am R&S®FSW Rauschbeiträge vom Signalpfad bis zum Eingang des R&S®FSW (externe Beiträge) sowie vom Eigenrauschen des Geräts.

Solches Breitband-Empfängerrauschen ist einer der Hauptverursacher des Rest-EVM von Signal- und Spektrumanalysatoren und nimmt mit steigender Bandbreite zu. Um dieses Rauschen loszuwerden, kann der R&S®FSW mit der Option R&S®FSW-K575 I/Q-Rauschunterdrückung ausgestattet werden. Die Softwareoption korrigiert das Signal so, dass es nur externe Rauschbeiträge (die nicht vom Gerät stammen) enthält, d. h.:

Mit der R&S®FSW-K575 I/Q-Rauschunterdrückungsoption ergibt sich folgender Ablauf:

• Zunächst wird eine Einzelerfassung von smeas durchgeführt. Wie in Bild 1 gezeigt, sind darin alle Rauschbeiträge enthalten, d. h.:

• Im Fall eines sich wiederholenden Signals lässt sich leicht zeigen, dass durch die Mittelung des gemessenen Signals über mehrere Erfassungen das Gesamtrauschen fast vollständig eliminiert werden kann, d. h. im Idealfall gilt (wobei s_avgdas gemittelte Signal ist):

• Die obigen Gleichungen machen klar, dass sich das Gesamtrauschen (n_total)aus den verfügbaren Messungen ableiten lässt:

• Die Gesamtrauschleistung (N_total) lässt sich leicht aus ntotal berechnen. Weiterhin kann die Empfängerrauschleistung (N_RX) in Bezug auf einen terminierten R&S®FSW-Eingang gemessen werden. Diese Messung wird intern durchgeführt, ohne dass eine Änderung des Messaufbaus erforderlich ist.
• Da N_totalund N^_RXnun bekannt sind, kann auch das Verhältnis des externen Rauschens zur Gesamtrauschleistung bestimmt werden:

• Damit ergibt sich für das externe Rauschen (n_external):

• Somit kann das korrigierte Signal abgeleitet werden:

Konsequenzen für die Messergebnisse

Durch die Entfernung des Breitband-Eigenrauschens des Geräts kann die R&S®FSW-K575 I/Q-Rauschunterdrückungsoption den Rest-EVM des R&S®FSW deutlich reduzieren, insbesondere bei niedrigen Eingangsleistungspegeln, bei denen der EVM vom Breitbandrauschen dominiert wird. Bild 3 zeigt ein Beispiel der Verbesserung des Rest-EVM des R&S®FSW bei einem 320 MHz breiten IEEE 802.11be-Signal bei 6,905 GHz.

Bei dem oben beschriebenen Ansatz wendet der R&S®FSW-K575 die Rauschunterdrückung auf die I/Q-Rohdaten an und kann dann das korrigierte Signal einer Vielzahl von Analyse-Softwareanwendungen bereitstellen. Es wird deswegen nicht nur eine Verbesserung des EVM erzielt, sondern es profitieren auch alle Messungen, die von diesen Anwendungen unterstützt werden.

Fazit

Mit der Option R&S®FSW-K575 I/Q-Rauschunterdrückung wird der R&S®FSW für die strengsten EVM-Performance-Anforderungen gerüstet. Anstatt Änderungen an der Hardware des Geräts reicht hierfür ein einfaches Software-Upgrade aus. Dank ihrem universellen Charakter kann die Option auch in anderen Messapplikationen genutzt werden und verbessert alle unterstützten Messungen.