Applikationen und White Paper zu 5G

  • Aktuell werden die Funkfrequenzen in den Bändern um 28 GHz als Kandidaten für den Mobilfunk der fünften Generation (5G) gehandelt. Die Strahlschwenkung wird im Zusammenhang mit 5G eine wichtige Rolle spielen. Eine große Herausforderung wird es dabei sein, die Strahlschwenkungsfähigkeiten von Basisstationen und Endgeräten in allen Phasen von der Forschung und Entwicklung bis hin zur Produktion zu testen. Leitungsgebundene Messungen werden im Wesentlichen durch Freifeldmessungen elektromagnetischer Strahlung ersetzt. Rohde & Schwarz hat die R&S®NRPM Over-the-Air (OTA) Power Measurement Solution im Programm, die diesen Messanforderungen optimal gerecht wird.

    Teil dieser Lösung sind die R&S®NRPM-A66 Antennenmodule. Diese verfügen über integrierte Dioden-Detektoren. Daher gibt es zwischen der Antenne und dem Detektor keine Kabel wie in herkömmlichen Messaufbauten. Auf diese Weise werden große und potentiell unerkannte HF-Verluste vermieden. Die R&S®NRPM-A66 Antennenmodule mit ihren integrierten Dioden-Detektoren werden ab Werk kalibriert, sodass Sie als Benutzer keine Kalibrierung durchführen müssen, um präzise Messergebnisse zu erzielen.

    Diese Application Note erläutert die theoretische Grundlage für die Bestimmung der Leistung und Strahlungscharakteristik durch Freiluftmessungen. Sie stellt Schritt-für-Schritt-Anweisungen für die Verifizierung des Leistungspegels und der Strahlungscharakteristik eines Prüflings im Vergleich zu einem Referenzgerät bereit und präsentiert eine Methode zur Überprüfung der Genauigkeit der Strahlschwenkung.

  • Die Energieeffizienz von HF-Frontends (RFFE), insbesondere von Sendern, nimmt eine immer größere Stellung ein. Bei höheren Arbeitsfrequenzen und größeren Bandbreiten, wie sie für 5G vorgeschlagen wurden, wird es immer schwieriger, die Anforderungen an die Effizienz zu erfüllen.

    Es gibt eine Gruppe von Sender-RFFE-Architekturen, deren Signalausgang sich aus zwei oder mehr effizient erzeugten Komponenten zusammensetzt. Dieser verwendete Signalaufbau hat zur Folge, dass solche Architekturen eine prädiktive, nachkorrigierende Linearisierung nutzen. Mit ihrer prädiktiven Beschaffenheit lassen sich Verzerrungen (in der Theorie) vollständig eliminieren, ganz unabhängig von den nicht linearen Eigenschaften der einzelnen Signalwege.

    Die Möglichkeiten von Messaufbauten mit mehrkanaliger Signalsynthese mit dem R&S®SMW200A als Kernkomponente vereinfachen in Kombination mit der Genauigkeit des R&S®FSW Analysators und der Vielseitigkeit, gewonnen durch deren dedizierte Analysecharakteristiken, die Entwicklung dieser Sendertypen und machen die Geräte zu einer zukunftssicheren Investition – unabhängig davon, welche Senderarchitektur entwickelt wird.

    Das Dokument legt den Fokus auf Geräte für das als Kandidat vorgeschlagene 3,5 GHz NR-Band (5G New Radio). Jedoch lassen sich die Erkenntnisse auf Satellitenapplikationen im K-Band oder auf als Kandidaten vorgeschlagene Millimeterwellen-NR-Bänder übertragen, bei denen die Effizienz ein noch entscheidenderes Design-Ziel mit nicht verhandelbaren Linearitätsbedingungen einnimmt.

  • Eine im Zeitverlauf stabile Phase ist eine wichtige Eigenschaft phasenkohärenter Signale. Ein gemeinsames 1-GHz-Referenzsignal sorgt für eine hohe Phasenstabilität zwischen den HF-Ausgängen mehrerer R&S®SGT100A SGMA Vektor-HF-Quellen.

  • Die neue Lösung zur IP-Verbindungssicherheitsanalyse für die R&S®CMW500 Plattform erkennt IP-Verbindungsschwachstellen von IoT- und Mobilfunkgeräten in einem frühen Stadium der Entwicklung.

  • 5G-Netze werden mehr Kapazität und Flexibilität bieten müssen, während gleichzeitig die Betriebsausgaben für das System sinken. Mit zwei neuen Techniken lassen sich sowohl der Zuwachs an Kapazität als auch an Energieeffizienz simultan bewerkstelligen: Virtualisierung und Massive MIMO. Dieses White Paper gibt einen Überblick über Testlösungen, die sich mit aktuellen und zukünftigen Anforderungen der Antennenprüfung befassen. Dazu gehören sowohl leitungsgebundene Testverfahren als auch solche über die Luftschnittstelle (over the air, OTA), die sich aus der Anwendung der Massive MIMO-Antennentechnik ergeben.

    Dieses White Paper ergänzt das White Paper „Strahlformung im Millimeterwellenbereich: Entscheidungen bei Entwurf und Charakterisierung von Gruppenantennen“ (1MA276) von Rohde & Schwarz, das eine Einführung in die grundlegende Theorie gibt, die sich hinter den Strahlformungsantennen verbirgt. Zudem werden Berechnungsmethoden für Strahlungscharakteristiken, verschiedene Simulationsergebnisse sowie reale Messergebnisse für kleine, lineare Gruppenantennen vorgestellt.

  • Doherty-Verstärker werden immer häufiger in TxFE-Anwendungen (Übertragungsfrontend) eingesetzt. Die Technologie gilt als die quasilineare Verstärkerarchitektur der Wahl.

    Mit dem Aufkommen der fünften Mobilfunkgeneration (5G) und der damit einhergehenden unumgänglichen Mikrowellen- oder Millimeterwellen-Luftschnittstelle wachsen jedoch die konstruktiven Herausforderungen im Rahmen ihrer Entwicklung – nicht zuletzt aufgrund der erhöhten Wahrscheinlichkeit von verstärkter Streuung in den eingebundenen Verstärkern und Combinern.

    In dieser Application Note wird eine auf Messungen basierende Entwicklungsmethodik für die Verbesserung der Leistung und/oder Leistungsbandbreite von Doherty-Verstärkern beschrieben. Die Methodik wird veranschaulicht anhand eines praktischen Beispiels.

    Auch auf symmetrische, räumlich zusammengefasste und Gegentaktverstärker (Push-Pull- oder Differenzverstärker) ist die Methodik anwendbar, während letztere häufig selbst in Doherty-Konfigurationen eingebunden sind.

    Die R&S®Quickstep Test Executive Software zur Ablaufsteuerung finden Sie hier zum Download:

    https://www.rohde-schwarz.com/software/quickstep/

  • Bänder im Millimeterwellenbereich gewinnen in der Satellitenindustrie und als möglicher Kandidat für 5G-Bänder immer mehr an Bedeutung.

    Antennen für 5G-Applikationen verfügen über eine hohe Anzahl an Strahlerelementen, um diese hohen Frequenzen zu nutzen. Diese Gruppenantennen sind unabdingbar für die Strahlformung, welche eine wesentliche Rolle in Netzwerken der nächsten Generation spielen wird.

    Dieses White Paper gibt eine Einführung in die grundlegende Theorie, die sich hinter den Antennen zur Strahlformung verbirgt. Neben den grundlegenen Konzepten werden Berechnungsverfahren für Strahlungscharakteristiken und eine Anzahl von realen Messergebnissen für lineare Gruppenantennen vorgestellt.

  • Die umfassende Einführung von Modulationsschemata höherer Ordnung, größeren Signalbandbreiten und höheren Arbeitsfrequenzen, die einen gesteigerten Datendurchsatz in Kommunikationsverbindungen wie 5G ermöglichen, stellt immer striktere Anforderungen an das Empfangsteil. Die Signaltreue wird oftmals mit Linearisierung verbessert.

    Die gestiegene Anzahl an HF-Ketten und die größere Signalbandbreite in 5G-Empfangsteilen führen dazu, dass DPD (Digital Pre-Distortion) möglicherweise nicht mehr länger die standardmäßige Wahl für die Linearisierung ist; 5G-Empfangsteile unterscheiden sich komplett von ihren 4G-Vorgängern.

    Wirkungsgrad, Linearität, Bandbreite und Ausgangsleistung bleiben als wesentliche Kriterien bestehen. Dies gilt auch für die Frage, wie man ein Signal mit einem Minimum an Leistungsverlust optimal erzeugen kann, wobei dieses gerade noch über genügend Signaltreue und Leistung verfügen soll. Die Anzahl an möglichen Lösungen für dieses Problem war noch nie so groß.

    Neben anderen Themen wird in diesem White Paper (i) eine Klassifizierung von Linearisierungsschemata vorgeschlagen, (ii) der Hard Limiter eingeführt, (iii) die Linearisierung eines exemplarischen Millimeterwellen-Leistungsverstärkers mit Techniken ohne DPD veranschaulicht und (iv) eine Klasse von linearisierten Sendern vorgestellt, die ihr Signal und die Linearität aus effizient produzierten Komponenten erzeugen.

  • enhanced Mobile Broadband, Massive Machine-Type Communications und eine äußerst zuverlässige Kommunikation mit niedrigen Latenzzeiten wurden als Anforderungen ausgemacht, die von der fünften Mobilfunkgeneration, kurz 5G, unterstützt werden sollen. Über 5G wird in der Mobilfunkbranche intensiv diskutiert. Weltweit wird bereits viel Aufwand in Forschung und Vorentwicklung gesteckt, einschließlich der Analyse der Signalformen und Zugangsverfahren, die die Basis für aktuelle LTE- und LTE-Advanced-Netze bilden.

    Diese Application Note behandelt mögliche 5G-Signalformkandidaten, führt Ihre Vor- und Nachteile auf und vergleicht sie mit dem orthogonalen Frequenzmultiplexverfahren (OFDM), das bei LTE/LTE-Advanced zum Einsatz kommt.

  • Die Generierung von digitalen modulierten Breitbandsignalen im V-Band und darüber ist eine schwierige Aufgabe, und es werden im Allgemeinen mehrere Instrumente dafür benötigt. Diese Application Note versucht, die Aufgabe zu vereinfachen, und betrachtet auch den Analyseteil. Die neuesten Signal- und Spektrumanalysatoren, wie beispielsweise der R&S®FSW67, sind die ersten, die im V-Band bis zu 67 GHz eingesetzt werden können, ohne dass eine externe Frequenzumwandlung erforderlich ist. Bis zu 2 GHz Modulationsbandbreite kann über die Option R&S®FSW-B2000 abgedeckt werden.

    Die weitere Application Note 1MA217 beschreibt die V-Band-Signalgenerierung und -analyse bis zu 500 MHz Modulationsbandbreite. Diese Application Note erweitert die Modulationsbandbreite auf 2 GHz, aber es wird auch eine alternative Einstellung verwendet, um die erforderliche Bandbreite abzudecken und eine verbesserte Reinheit bei der Signalgenerierung zu erhalten.

  • Die Verifizierung der Spektrumzuweisung und eine tiefgreifende Analyse der gesendeten Signale ist in vielen Bereichen sehr wichtig. Beispielsweise nutzt der Standard IEEE 802.11ad eine Bandbreite von ungefähr 2 GHz im 60 GHz-Frequenzbereich. Forscher und Entwickler von Radar für den Automotive-Bereich diskutieren über das 79 GHz-Frequenzband mit einer verfügbaren Bandbreite von bis zu 4 GHz. Schließlich steht mit der bevorstehenden 5G-Technologie für zellulare Netze der Einsatz von Signalen mit bis zu 2 GHz in Frequenzbändern mit Wellenlängen im Zentimeter- und Millimeterbereich im Raum.

    Diese technische Evolution gibt bereits Hinweise auf den Bedarf von Signalmessung und -analyse im Millimeterwellenbereich mit hoher Bandbreite.

    Deshalb stellt diese Application Note eine Methode vor, um Signale mit einer Momentanbandbreite von bis zu 2 GHz zu messen und zu analysieren. Dabei kommen die neuen Werkzeuge der R&S®FSW Signal- und Spektrumanalysatorplattform zusammen mit einem R&S®RTO digitalen Oszilloskop zum Einsatz.

  • Diese Application Note beschreibt, wie digital modulierte Breitbandsignale im mm-Wellen-Bereich erzeugt und analysiert werden.

    Messgeräte von Rohde & Schwarz und einiges Standard-Zubehör von anderen Anbietern werden sowohl für die Signalerzeugung als auch die Analyse benutzt. Es werden Messergebnisse gezeigt, die die typische Performance für Millimeterwellen-Signale bezüglich Error Vector Magnitude (EVM) und Nachbarkanalleistung (Adjacent Channel Power, ACLR) zeigen.

    Es werden zwei Testaufbauten und ihre Messergebnisse auf einem kommerziellen V-Band-Transceiver-Modul präsentiert.

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