R&S®CMWrun – Messungen der Batterielaufzeit

Messtechnische Lösung

In der Welt des Internets der Dinge (IoT) mit seinen vielfältigen Applikationen muss eine Batterieladung mindestens zehn Jahre halten. Deshalb ist die Bedeutung von Tests der Batterielaufzeit so groß wie nie zuvor. Da auf Smartphones immer mehr Apps laufen, ist es zudem äußerst wichtig, die neuesten Features zur Verringerung der Leistungsaufnahme zu testen. Als Antwort auf die neuen IoT-Anforderungen für extrem niedrigen Stromverbrauch hat das 3GPP-Standardisierungsprojekt kürzlich in den neuesten Releases (12 und 13) Features wie Power Save Mode (PSM) und enhanced DRX (eDRX) in den diversen IoT-Endgerätekategorien sowie cDRX festgelegt, um die Leistungsaufnahme so weit wie möglich zu reduzieren.

Die Leistungsfähigkeit dieser Features zur Reduktion der Leistungsaufnahme lässt sich nur in einer kontrollierten, emulierten Netzumgebung testen und analysieren. R&S^®CMWrun bietet auf Basis des beliebten R&S^®CMW500 die richtige Lösung für solche Tests unter realen, aber doch kontrollierten Bedingungen. Mit einer hohen Abtastrate erfasst R&S^®CMWrun CMW-KT051 die Samples vom R&S^®RT-ZVC02A/R&S^®RT-ZVC04A Mehrkanal-Leistungsmesskopf mit Bereichsautomatik und zeigt die Stromstärke und Spannung oder sogar die berechnete Momentanleistung (in Watt) über die Zeit an.

Es wurden spezielle Signalisierungs-Trigger-Ereignisse (z. B. LTE Attach, Connected, Idle Signaling State oder IMS-Registrierung) implementiert, die mehr Details liefern (d. h. mehr Samples). Diese werden zeitkorreliert im Leistungsaufnahmediagramm angezeigt. Das Leistungsaufnahmediagramm wird außerdem durch IP-Traffic-Analysen (R&S^®CMW-KM051) mit Ereignissen auf der IP-Ebene korreliert, woraus sich ablesen lässt, welche App oder welcher IP-Flow sich auf die Akkulaufzeit von Smartphones oder anderen Mobilfunkgeräten auswirkt.

Mit dem R&S ^® RT-ZVC02A/R&S^®RT-ZVC04A Mehrkanal-Leistungsmesskopf mit Bereichsautomatik und R&S^®CMWrun können Sie (in echten Szenarien) die von IoT- oder M2M-Geräten aufgenommene Leistung (Stromstärke und Spannung) überwachen. Dabei können diese durch ihre integrierten Batterien, ein Netzteil oder sogar mittels einer USB-Verbindung versorgt werden. Smartphones nutzen ihre integrierten Batterien und nicht einfach irgendwelche Dummy-Batterien. Es ist möglich, mehrere Kanäle zu überwachen und die Leistung, die bestimmte Teile auf der Platine verbrauchen, zu vergleichen, beispielsweise, um zu bestimmen, wie groß der Anteil des Anwendungsprozessors, der HF-Leistungsstufe oder sogar einzelner Komponenten am Gesamtstromverbrauch ist – immer unter einem realen Signalisierungsszenario. Der R&S®CMWrun-Messaufbau steuert den R&S^®CMW500 und den R&S^®RT‑ZVC02A/R&S^®RT‑ZVC04A Mehrkanal-Leistungsmesskopf mit Bereichsautomatik und deckt sämtliche Anforderungen für Leistungstests von IoT-Geräten, M2M-Applikationen, Funkmodulen in der Automobilindustrie und HF-Komponenten in jeglichen Signaling- und Non-Signaling-Szenarien für F&E sowie Performance-, Regressions- und Abnahmetests ab.

Tests der Batterielaufzeit mit dem R&S®RT‑ZVC02A/ R&S®RT-ZVC04A Mehrkanal-Leistungsmesskopf mit Bereichsautomatik

Die neuesten Spezifikationen für die Messung der Batterielaufzeit fordern nicht nur eine Überwachung der Stromstärke über die Zeit. Auch die Spannung einschließlich der Berechnung der Momentanleistung bei hohen Abtastraten muss berücksichtigt werden. Bei solchen Testanforderungen muss es möglich sein, die Leistungsaufnahme eines Geräts auf Basis eines realen Anwendungsfalls zu testen, d. h. die Stromversorgung erfolgt durch eine echte Batterie, über die USB-Schnittstelle oder sogar über ein Netzgerät.

Die Der R&S®RT‑ZVC02A/R&S®RT-ZVC04A Mehrkanal-Leistungsmesskopf mit Bereichsautomatik wurde für genau solche Anwendungsfälle entwickelt und bietet sogar bis zu zwei (mit R&S®RT-ZVC02A) bzw. vier (mit R&S®RT-ZVC04A) Kanäle für Spannung und Stromstärke.

Jede Leistungsmessgruppe besteht aus einem Spannungsmessgerät und einem Strommessgerät mit 18-bit-A/D-Auflösung und einer Abtastrate von 5 Msample/s. Die integrierte Multiplikatorfunktion, die für jede Gruppe verfügbar ist, garantiert eine synchrone Multiplikation der Abtastwerte von Strom und Spannung für jeden Abtastwert bei einer Rate von 5 Msample/s. Eine interne Dezimationseinheit akkumuliert die aufgenommene Leistung durch Mittelwertbildung über 100, 1.000 oder 10.000 Abtastwerte. Damit wird sichergestellt, dass sogar sehr kurze Spitzen bei der Leistungsaufnahme erfasst werden, während die Datentransferrate auf ein Niveau abgesenkt wird, die ein PC bewältigen kann. Auf Basis dieser Daten schätzt R&S®CMWrun die Batterielaufzeit ab und zeigt sämtliche Leistungsgruppenmessungen wie Stromstärke, Spannung und Momentanleistung auf dem Ereignisgraphen an.

Das Strommessgerät des R&S®RT-ZVC02A/R&S®RT-ZVC04A Mehrkanal-Leistungsmesskopfs ist mit internen Nebenwiderständen ausgestattet, die für einen der verschiedenen relevanten Messbereiche gewählt werden können. Die Stromstärke kann auch mit Hilfe eines externen Nebenwiderstands gemessen werden, der konfiguriert und direkt am Messobjekt angeschlossen wird. In diesem Fall basiert die Berechnung der Stromstärke auf dem Spannungsabfall über diesen externen Referenz-Nebenwiderstand – das interne Strommessgerät wird zu einem Spannungsmessgerät mit hoher Impedanz. Dadurch werden Verluste in den Anschlusskabeln umgangen, die durch hohe Ströme verursacht werden.

Zudem steht ein Bereichsautomatikmodus für Strommessungen mit internen oder externen Nebenwiderständen zur Verfügung. Dadurch wird höchste Genauigkeit bei der Strommessung garantiert, indem die Skalierung auf Basis der Strommesswerte automatisch geändert wird. Die Bereichsautomatikfunktion ermöglicht unterbrechungsfreie Strom-, Spannungs- und Leistungsmessungen bis zu einer Datenrate von 50 ksample/s.

Für den Anschluss an das Messobjekt stehen zahlreiche Verbindungsoptionen wie 4-mm-Stecker, Stiftleisten und Einlötpins zur Verfügung, um alle möglichen Arten von Applikationsszenarien abzudecken.

Messungen der Batterielaufzeit und IP-Durchsatztests sind mit den folgenden standardspezifischen R&S^®CMWrun Paketen möglich:

• R&S^®CMW-KT053: für WCDMA/HSPA und GSM/(E)GPRS
• R&S^®CMW-KT054: für TD-SCDMA
• R&S^®CMW-KT055: für LTE/LTE-A (FDD/TDD)
• R&S^®CMW-KT057: für WLAN/Bluetooth^®
• R&S^®CMW-KT058: für CDMA2000^®, 1xRTT/1xEV-DO

Die folgende Option wird zwingend benötigt:

• R&S^®CMW-KT051: Erweiterung um E2E-Dienste, FTP/iPerf und Steuerung der R&S^®CMW500 Data Application Unit (DAU) und Fernsteuerung des R&S^®RT‑ZVC02A/R&S^®RT‑ZVC04A Mehrkanal-Leistungsmesskopfs mit Bereichsautomatik

R&S®CMWrun auf einen Blick

Das Automatisierungstool für die R&S^®CMW-Plattform

Der R&S^®CMW ist heute die führende und beliebteste Multistandard-Plattform für Endgerätetests. Er wird von Netzbetreibern, Prüfstellen, Telefonanbietern und Chipsatzherstellern gleichermaßen eingesetzt. Die R&S^®CMWrun Automatisierungssoftware erfüllt alle Anforderungen für die Ausführung von ferngesteuerten Testabläufen auf dem R&S^®CMW in Forschung und Entwicklung, Qualitätssicherung, Produktion und Service für Mobilfunkgeräte von heute und morgen.

Die Software-Engine basiert auf der Ausführung von Test-DLLs (Plug-in-Assemblies). Diese Architektur ermöglicht eine einfache und unkomplizierte Konfiguration der Testabläufe ohne Spezialwissen über die Programmierung der Fernsteuerung des Geräts. Sie bietet außerdem volle Flexibilität bei der Konfiguration der Parameter und Grenzwerte für die in den standardspezifischen R&S^®CMWrun Paketoptionen vorgesehenen Prüfobjekte.

Intuitiv und benutzerfreundlich

Mit einer intuitiven grafischen Benutzeroberfläche können zum Beispiel Mobilfunkgeräte auf die Einhaltung der 3GPP-Protokolle für verschiedene Technologien auf einfache Weise getestet werden.

Die Anwendungsfälle sind vielfältig. Kombinierte User-Experience-Tests stellen beispielsweise auf einen Blick IP-Durchsatz und Stromverbrauch des DUT mit synchronisierten Markern dar. Ereignismarker unterstützen den Anwender bei der Analyse zur Optimierung von IP-Durchsatz und Batterieverbrauch. Nach dem Test wird ein leicht lesbarer Testbericht erstellt, der die Grenzwerte, die Testergebnisse und das Urteil enthält. Dieser Report ist in den Formaten CSV, TXT, XML und PDF verfügbar.

Hauptmerkmale

• Multitechnologie-Lösung für alle Standards, die durch die R&S^®CMW-Familie unterstützt werden
• Einsatzfertige Lösung für anspruchsvolle Szenarien zum Testen von Benutzererlebnissen
• Nur eine grafische Bedienoberfläche, keine Programmierung, keine Code-Kompilierung
• Erstellung von Testfällen (Testscripts), Parametrisierung, Ausführung und Analyse mit nur einem Tool
• Vollständige Test-Script- und Messobjektautomatisierung (R&S^®CMWrun-eigene ADB/Android-APP für iPerf/FTP)
• Anwendung für SCPI-Fernsteuerung über LAN, GPIB-Schnittstelle oder USB
• Mit Plänen zur Stichprobenprüfung