Sicherstellung der Performance von Smart-Home-Produkten

Koexistenztests von Funksystemen

/

Ausgangslage

Der Titel des Bob-Dylan-Hits „The Times They Are A-Changin“ aus dem Jahr 1964 lässt sich auch auf elektronische Haushaltsgeräte übertragen. Die Verbraucherelektronikbranche muss sich fortwährend weiterentwickeln, mit den steigenden Ansprüchen der Kunden Schritt halten und ihren Teil zur Verwirklichung des Traums einer vollständig vernetzten Welt beitragen. Das Internet der Dinge (IoT) ist mittlerweile in unseren eigenen vier Wänden angekommen. Somit ist es jetzt möglich, von überall auf der Welt aus auf beliebige Objekte zuzugreifen und diese zu steuern, vorausgesetzt, sie haben Zugang zum Internet. Drahtlose Lautsprechersysteme, Thermostate, Sicherheits- und Überwachungssysteme für das Zuhause, Haushaltsroboter, Rauchmelder, Beleuchtung, Überwachungseinrichtungen für den Energieverbrauch in Privathaushalten, Türschlösser, Kühlschränke, Waschmaschinen und Wassermelder – all diese Produkte verfügen heutzutage über integrierte Funkkommunikationsmodule auf WLAN-, LPWAN- oder Bluetooth®-Basis.
(Die Bluetooth® Wortmarke und Logos sind eingetragene Warenzeichen und Eigentum von Bluetooth SIG, Inc., ihre Verwendung ist für Rohde & Schwarz lizenziert)
Die neuen Vernetzungsmöglichkeiten bringen aber auch neue Herausforderungen und Konformitätsanforderungen mit sich. Für Produkte, die die gesetzlichen Vorgaben nicht erfüllen, können hohe Bußgelder und in manchen Ländern sogar Verkaufsverbote verhängt werden. Nahezu alle vernetzten Produkte sind mit Display, Lautsprechersystemen und App-Unterstützung ausgestattet, um den Bedienkomfort zu erhöhen. Daraus ergeben sich neue Herausforderungen im Hinblick auf Sicherheit, Funktionalität und Qualitätssicherung. Die verwendeten Wireless-Technologien (z. B. WLAN, Bluetooth®) arbeiten meistens im 2,4-GHz-ISM-Band. Befinden sich andere Funksysteme, die auf überlappenden Frequenzen senden, in der Nähe des Empfängers, können sie dessen Leistungsfähigkeit herabsetzen. In der HF-Technik spricht man dann von einem Problem der Koexistenz der einzelnen Funktechnologien. Solche Koexistenzprobleme verschlechtern das Benutzererlebnis. Anwender, die die technische Ursache des Problems nicht verstehen, machen häufig das Produkt selbst verantwortlich. Das wiederum schadet dem Ruf des Herstellers.

Ihre Anforderung

Koexistenz und Benutzererlebnis müssen getestet werden, um eine hohe Dienstgüte bei der tatsächlichen Verwendung und Sicherheit und Produktkonformität für eine risikofreie Markteinführung sicherzustellen. Der beabsichtigte Anwendungsfall für das Messobjekt (DUT) muss festgelegt werden, um die Messbasis für die elektromagnetische Umgebung und die entsprechende funktionale Performance des gewünschten Kommunikationssystems zu ermitteln. Auf Basis dieser Informationen ist es möglich, das Worst-Case-HF-Szenario zu definieren und anschließend in entsprechenden Tests nachzubilden. Nehmen wir zum Beispiel eine intelligente Waschmaschine in einem WLAN-Netzwerk. Gemäß dem beabsichtigten Anwendungsfall befindet sich diese normalerweise in einem Bereich, in dem die elektromagnetische Umgebung die meiste Zeit unverändert und stabil bleibt. Das Worst-Case-Szenario tritt ein, wenn sich die Waschmaschine an einem Ort mit sehr schwachem WLAN-Signal befindet, und ein Smartphone mit aktiviertem Wi-Fi-Hotspot und einer Bluetooth®-Anwendung, die mit maximaler Leistung sendet, auf oder neben der Waschmaschine positioniert wird.
Was geschieht, wenn jetzt noch eine Smartwatch mit ins Spiel kommt? Die Herausforderung beim Testen besteht darin, genau diese elektromagnetische Umgebung und die Testbedingungen innerhalb einer Absorberkammer auf reproduzierbare Art und Weise nachzubilden.

Lösung von Rohde & Schwarz

Das Messobjekt wird in einer großen Halbabsorberkammer untergebracht. Die Antenne des R&S®CMW500 zeigt genau in Richtung der integrierten Antenne des Messobjekts. Der R&S®CMW500 Wideband Radio Communication Tester kommt zum Einsatz, um eine aktive Ende-zu-Ende-Verbindung mit dem Messobjekt herzustellen. Er simuliert dazu ein nichtzellulares Funknetzwerk (wie Bluetooth® oder WLAN) und, falls erforderlich, zellulare Netze (wie 3G- oder 4G-Netze). Der R&S®BBA150 Hochleistungsverstärker kann optional verwendet werden, um den Signalpegel während der gestrahlten Tests zu verstärken. Als Messbasis dient ein funktionaler Leistungstest, bei dem alle relevanten Leistungskennzahlen (wie Durchsatz-Datenrate, Paketfehlerverhältnis, Blockfehlerrate, Video- und Audio-Performance) aufgezeichnet werden. Im nächsten Durchlauf wird der Leistungspegel des Nutzsignals auf die Bedingungen, die am Rand der Funkzelle herrschen, reduziert, um das Worst-Case-Szenario nachzubilden. Das Störsignal wird von einem R&S®SMW200A eingespeist. Mit dem R&S®SMW200A Vektorsignalgenerator werden realistische, breitbandmodulierte, elektromagnetische Störsignale generiert. Der Störsignaltyp für Koexistenztests ist ein heiß diskutiertes Thema. Der R&S®SMW200A ist ein extrem leistungsfähiges Gerät, das jeden beliebigen Signaltyp auf jeder Frequenz spontan erzeugen kann. Die in diesem Schritt gemessene funktionale Performance lässt sich mit den Ergebnissen aus der Messbasis vergleichen, um Abweichungen zu identifizieren. Während der Durchführung von Koexistenztests ist es wichtig, das HF-Spektrum zu überwachen. In den meisten Normen wird dieser Schritt verbindlich vorgeschrieben. Der R&S®FSVA3000 Signal- und Spektrumanalysator kommt im Testsystem zum Einsatz, um das HF-Spektrum zu überwachen. Heutzutage sind die meisten Heimautomatisierungsprodukte mit einem Display und einem integrierten Lautsprechersystem ausgestattet. Über diese beiden Schnittstellen können Anwender mit dem Produkt interagieren. Es ist daher extrem wichtig, die funktionale Performance auf Anwendungsebene in Gegenwart von Störsignalen zu testen. Über die WLAN-Verbindung kann das Messobjekt Video und Audio vom Streaming-Server des R&S®CMW500 streamen. Die R&S®AdVISE Software führt in Echtzeit eine Qualitätsanalyse von Bild und Ton durch. R&S®AdVISE ist ein einzigartiges Softwareprodukt, das mit jeder USB-basierten HD-Webcam und jedem Mikrofon verwendet werden kann, um Live-Daten zu sammeln und die Audio- und Video-Performance des Messobjekts in Echtzeit zu überwachen. Fehler-Ereignisse werden automatisch aufgezeichnet und im Prüfprotokoll dokumentiert.

Über Rohde & Schwarz

Rohde & Schwarz liefert die gesamte Messtechnik für HF-Koexistenztests von Wireless-Technologien aus einer Hand. Unsere High-End-Messtechniksysteme basieren auf langjähriger Erfahrung und umfassendem Know-how auf dem Gebiet der Wireless-Koexistenztests.