Ultrabreitband-Störsignaltests

Einleitung

Die Ultrabreitband-Technik (UWB) ermöglicht eine genaue Positionsbestimmung und effiziente Kommunikation über kurze Entfernungen. Eine breite Palette von Secure-Ranging-Anwendungen profitiert von ihren Vorteilen. Die Technologie nutzt kurze Pulsfolgen mit einer Bandbreite von mehr als 500 MHz und arbeitet im Frequenzspektrum von typischerweise 3,1 bis 10,6 GHz. Sie unterstützt Applikationen wie die Echtzeit-Warenverfolgung und Navigation sowie sichere Zugangskontrolle und mobiles Bezahlen – „tapfree“, also ohne dass das Smartphone an das Bezahlterminal gehalten werden muss. Im Automobilbereich wurde UWB zunächst für Funkschlüssel gemäß der Definition des Car Connectivity Consortium (CCC) eingesetzt. Dank hoher Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit eignet sich UWB neben schlüssellosen Zugangssystemen aber auch für zahlreiche andere Fahrzeuganwendungen wie die Detektion von Kindern im Auto oder die Gestensteuerung.

UWB zeichnet sich außerdem durch eine niedrige Sendeleistung von z. B. −41,3 dBm (1 MHz) aus – weswegen die Technologie in Frequenzbändern betrieben werden kann, die auch von anderen Funkdiensten genutzt werden. Es ist daher von entscheidender Bedeutung zu testen, ob UWB-Anwendungen – insbesondere sicherheitsrelevante Anwendungen – durch solche Funkdienste gestört werden. Auch wenn Störsignale sehr unterschiedliche Ursachen haben können, gehören im UWB-Frequenzbereich oder in dessen Nähe angesiedelte Funkdienste zu den häufigsten. Zu denken ist dabei insbesondere an Wi-Fi im 6-GHz-Band, C-V2x und künftige Mobilfunknetze.

Ihre Anforderung

Während Entwicklung und Qualitätssicherung müssen die Auswirkungen bestehender und künftiger Funkdienste auf UWB-Anwendungen untersucht werden. Nur so lässt sich durch geeignete Maßnahmen zur Störungsvermeidung sicherstellen, dass sicherheitsrelevante UWB-Anwendungen im langfristigen Betrieb zuverlässig funktionieren.

Lösung von Rohde & Schwarz

Sichere Entfernungsmessungen sind ein wesentlicher Aspekt verschiedener UWB-Anwendungen. Für die Validierung von UWB-Geräten und -Chipsätzen sowie die Antennenkalibrierung sind deswegen exakte Laufzeitmessungen (Time of Flight, ToF) erforderlich. Darüber hinaus kann der Einfluss von Störsignalen anhand der ToF-Ergebnisse für unterschiedliche Störfrequenzen und -pegel analysiert werden. Störsignale können den Empfang schwacher UWB-Signale erheblich beeinträchtigen.

Für präzise Messungen der ToF und Empfängerempfindlichkeit bietet Rohde & Schwarz eine einfach konfigurierbare Testlösung. Der R&S®CMP200 Radio Communication Tester ermöglicht in Kombination mit dem R&S®CM-Z310A UWB Remote Radio Head sowie einem HF-Leistungsteiler/-koppler und einer Auswahl an Dämpfungsgliedern die Bestimmung von ToF und Empfängerempfindlichkeit ohne zusätzliche Kalibrierungen oder Pfadlaufzeitmessungen.

Störungsmessungen können in einer kontrollierten Umgebung oder über die Luftschnittstelle (OTA) durchgeführt werden. Die R&S®CMQ200 Schirmkammer eignet sich ideal für UWB-OTA-Tests. Sie bietet einen Frequenzbereich von 0,3 GHz bis 14 GHz und eine Schirmwirkung von über 80 dB. Die Kammer kann flexibel konfiguriert werden, um den Testanforderungen des Kunden zu entsprechen.

Zur Erzeugung eines Störsignals wird ein Vektorsignalgenerator wie der R&S®SMM100A verwendet. Dieser Generator bietet ausgesprochen gute HF-Eigenschaften über den gesamten Frequenzbereich von 100 kHz bis 44 GHz. Er deckt auch die Bänder unterhalb von 6 GHz ab, die von bereits existierenden Funkstandards genutzt werden, sowie die neu definierten Bänder für 5G NR FR1 und Wi-Fi 7.

Anwendung

Bild 1 zeigt den Messaufbau für UWB-Störsignaltests. Das vom R&S®SMM100A erzeugte Störsignal wird über einen HF-Leistungskoppler (oberes Bild) dem UWB-Prüfling zugeführt. Das Störsignal erreicht den UWB-Prüfling over-the-air über eine Antenne in der R&S®CMQ200 Kammer (unteres Bild). Für die Messung der Laufzeit und Empfängerempfindlichkeit wird der R&S®CM-Z310A UWB Remote Radio Head mit dem R&S®CMP200 Radio Communication Tester verbunden. Beide Messungen werden mit dem R&S®WMT Wireless-Fertigungstest-Tool und dessen integrierter UWB-PHY-Testsuite durchgeführt, die von einem externen PC gesteuert wird.

Das R&S®WMT Tool ist eine Python-basierte Softwarelösung für HF-Tests von Chipsätzen und Modulen. Unterstützt werden 5G NR, Wi-Fi, Bluetooth® und UWB (einschließlich UWB TX, RX, ToF und AoA-Tests). Die Lösung ist auf hochvolumige Produktionstests und vollautomatisierte Anwendungen in Forschung & Entwicklung zugeschnitten. Darüber hinaus steuert das R&S®WMT Tool den Prüfling mittels Standard-FiRa-UCI-Befehlen über die Steuerschnittstelle (COM-Port).

Bei der Messung der Laufzeit oder Empfängerempfindlichkeit wird ein Störsignal hinzugefügt, das entweder über den Leistungskoppler oder OTA per Antenne mit bestimmten Frequenzen und variablen Leistungspegeln übertragen wird. Um den Einfluss auf den Prüfling zu testen, wird der Störsignalpegel bis auf einen bestimmten Wert erhöht.

Es kann außerdem beobachtet werden, ob sich der ToF-Wert ändert oder die ToF-Messung aufgrund des Störers unmöglich ist. Bild 2 zeigt das Messergebnis für die UWB-Empfängerempfindlichkeit auf CH5 (6489,6 MHz) in Gegenwart eines Wi-Fi-Signals mit unterschiedlichen Signalbandbreiten (20 MHz und 320 MHz bei 6,245 MHz).

Fazit

Die umfassende Testlösung von Rohde & Schwarz sorgt für maximale Zuverlässigkeit und Sicherheit Ihrer UWB-Anwendungen. Sie ermöglicht präzise ToF-Messungen sowie Störsignal- und Zertifizierungstests von UWB-Geräten und -Chipsätzen, um deren langfristige Funktionalität sicherzustellen.

Die Bluetooth® Wortmarke und Logos sind eingetragene Warenzeichen und Eigentum von Bluetooth SIG, Inc., ihre Verwendung ist für Rohde & Schwarz lizenziert.