Wie verwendet man das Signal Hound SM435C zur Prüfung von Millimeterwellen-Kommunikationssystemen?

Schritt-für-Schritt-Anleitung: Testen von Millimeterwellen-Kommunikationssystemen mit dem Signal Hound SM435C

I. Vorbereitung vor dem Test: Hardware-Setup und Konfiguration

Bevor Sie mit den Tests beginnen, stellen Sie sicher, dass der SM435C für die Millimeterwellenleistung optimiert ist – dies ist für genaue Messungen in den 24GHz-, 28GHz- und 39GHz-Bändern von entscheidender Bedeutung.

1. Wichtige Hardware und Zubehörteile

2. Erste SM435C-Konfiguration (über Spike-Software)

1. Verbindungseinrichtung:

◦ Verwenden Sie ein Cat6a-Faseroptikkabel, um den SFP+-Port des SM435C mit der 10GbE-Netzwerkkarte zu verbinden.

◦ Konfigurieren Sie die Netzwerkeinstellungen: Aktivieren Sie Jumbo-Frames (9000 MTU) und setzen Sie die IP-Adresse so, dass sie mit dem Subnetz des Analysators übereinstimmt.

1. Frequenz- und Bandbreiteinstellungen:

◦ Setzen Sie die Zentrafrequenz auf das Zielband (z. B. 28GHz für 5G Millimeterwelle).

◦ Wählen Sie 160MHz Momentanbandbreite (IBW) (Hinweis: Die volle Bandbreite von 160MHz ist unter 650MHz nicht garantiert).

1. Kalibrierung:

◦ Führen Sie eine vollständige Selbstkalibrierung aus (Spike > Tools > Kalibrierung), um die Amplitudengenauigkeit (±3,0dB über 6GHz) sicherzustellen.

◦ Für EVM-Modulationstests führen Sie eine Referenzpegelkalibrierung mit einer bekannten Signalquelle durch (z. B. Keysight E8267D).

II. Kern-Test-Szenarien und schrittweise Arbeitsabläufe

Der SM435C zeichnet sich in vier kritischen Millimeterwellen-Kommunikationstests aus: Link-Budget-Validierung, Modulationsqualität (EVM), Beamforming-Leistung und Störungsanalyse.

1. Link-Budget-Validierung (24–43,5 GHz)

Zweck: Überprüfen Sie die Signalstärke, den Pfadverlust und die Empfängersensitivität für Punkt-zu-Punkt (P2P)- oder 5G-Basisstation-Nutzergerät (UE)-Verbindungen.

Arbeitsablauf:

1. Hardware-Anschluss:

◦ Verbinden Sie den SM435C über ein verlustarmes Kabel + Vorverstärker mit dem DUT (Gerät unter Test: z. B. 5G-Millimeterwellen-UE).

◦ , Für Over-the-Air (OTA)-Tests positionieren Sie die Antenne des Analysators 3–5 Meter vom DUT (Gerät unter Test) entfernt (stellen Sie eine Sichtverbindung sicher, es sei denn, Sie testen die NLOS-Leistung).

1. Spike Software-Konfiguration:

◦ Wählen Sie Spektrumanalysator-Modus > Stellen Sie die RBW auf 1 MHz ein (Balanciert Auflösung und Scangeschwindigkeit).

◦ Aktivieren Sie Max Hold um die maximale Signalleistung zu erfassen; Stellen Sie die Referenzebene auf -10 dBm ein (Berücksichtigt die typische Millimeterwellen-Sendeleistung).

1. Wichtige Messungen:

◦ Sendeleistung: Notieren Sie die maximale Leistung (Stellen Sie die Einhaltung von 3GPP TS 38.101-4 sicher: ≤24 dBm für 28 GHz).

◦ Pfadverlust: Berechnen als Sendeleistung - Empfangsleistung - Antennengewinn - Vorverstärkergewinn.

◦ Empfängerempfindlichkeit: Reduzieren Sie die Sendeleistung des DUT, bis das empfangene Signal 3 dB über der DANL des SM435C liegt (-156 dBm/Hz bei 28 GHz).

1. Beispielergebnis:

Ein 28-GHz-5G-UE mit 20 dBm Sendeleistung, kombiniert mit 8-dBi-Antennen (TX/RX) und einem 15-dB-Vorverstärker, sollte bei 10 Metern Sichtlinie eine Empfangsleistung von ≥ -70 dBm liefern – was auf eine funktionierende Verbindung hinweist.

2. Modulationsqualitätstest (EVM für 64QAM/256QAM)

Zweck: Validieren Sie die Modulationsgenauigkeit (wichtig für 5G-Advanced 256QAM, bei der EVM ≤ 3,5 % gemäß 3GPP 38.101-4).

Workflow:

1. Hardware Setup:

◦ Verbinden Sie das SM435C direkt mit dem RF-Ausgang des DUT (vermeiden Sie OTA für genaue EVM-Messungen).

◦ Synchronisieren Sie den Analyzer mit der Uhr des DUT über den 10-MHz-Referenzeingang (verringert die Auswirkungen des Phasenrauschens).

1. Software Configuration:

◦ Wechseln Sie in den Modulation Analyzer Mode (Spike > Tools > Modulation Analysis).

◦ Wählen Sie den Modulationstyp (z. B. 256QAM) > Legen Sie die Symbolrate auf die Bandbreite des DUT fest (z. B. 100MHz für 5G NR).

◦ Aktivieren 10GbE I/Q Streaming (Spike > I/Q > Stream to Disk), um 2-Sekunden-I/Q-Blöcke zur Nachverarbeitung aufzunehmen.

1. EVM-Messung:

◦ Das Phasenrauschen von -138dBc/Hz des SM435C (1GHz-Träger) ermöglicht eine EVM von 0,08% für 256QAM.

◦ Verwenden Sie die Error Vector Magnitude Registerkarte, um Folgendes anzuzeigen:

▪ Durchschnittliche EVM (Ziel:  für 256QAM;  64QAM ).

▪ IQ-Konstellationsdiagramme (Identifizierung von Verstärkungsungleichgewichten oder Phasenversatzproblemen).

1. Fehlerbehebung:

◦ Wenn der EVM die Grenzwerte überschreitet: Überprüfen Sie die Kabelverbindungen (ersetzen Sie sie, wenn VSWR >1.6) oder passen Sie die Linearität des Leistungsverstärkers des DUT an.

3. Beamforming-Leistungstest (Mehrkanal)

Zweck: Validieren Sie die Verstärkung, Richtungsgebundenheit und adaptive Strahlsteuerung für Phased-Array-Antennen (z. B. 5G-Basisstationen).

Workflow:

1. Mehrkanaleinrichtung:

◦ Setzen Sie 2–4 SM435Cs (synchronisiert über 10 MHz-Referenz und PPS-Trigger) um das Phased-Array des DUT auf.

◦ Jeder Analysator wird an eine Richtantenne angeschlossen, die auf das DUT gerichtet ist (getrennt um ≥λ/2, um Phasenambiguitäten zu vermeiden).

1. Konfiguration:

◦ Auf jeder SM435C: Setzen Sie die Zentrafrequenz auf 28GHz, die IBW auf 80MHz und aktivieren Sie Phasenkohärenz (Spike > Sync > Externer Takt).

◦ Verwenden Sie die Multi-Unit-Steuerung von Spike, um die Scans über die Analysatoren zu synchronisieren.

1. Wichtige Messungen:

◦ Strahlverstärkung: Berechnen Sie sie als Empfangene Leistung (Spitzenstrahl) - Empfangene Leistung (außerhalb der Achse). Ziel: ≥25dBi für 64-Element-Arrays.

◦ Strahlbreite: Messen Sie die 3dB-Punkte unterhalb des Maximums (Ziel: 10°–15° für 5G-Millimeterwellen). 【

◦ Adaptive Steering: Befehl an das DUT, die Strahlen auf verschiedene Winkel (0°–90°) zu lenken; überprüfen, ob die Analysatoren die maximale Leistung in den gewünschten Richtungen erfassen.

1. Data Analysis:

◦ I/Q-Daten über 10GbE an MATLAB streamen; Beamforming-Algorithmen (z.B. MUSIC) verwenden, um die Strahlmuster abzubilden.

◦ Beispiel: Ein 39-GHz-Basisstation mit adaptiven Beamforming sollte eine Verstärkung von ≥20 dBi über eine Abdeckung von 60° aufrechterhalten.

4. Interferenzerkennung und -minderung

Zweck: In-Band-Interferenzen (z.B. benachbarte 5G-Zellen, industrielles Rauschen) identifizieren, die die Linkqualität verschlechtern.】,

Workflow:

1. Setup:

◦ Konfigurieren Sie den SM435C für Real-Time Spectrum Mode (160MHz IBW, 30kHz RBW) .

◦ Aktivieren Sie das waterfall plot (Spike > Display > Waterfall) mit einer Aktualisierungsrate von 1 Sekunde, um vorübergehende Störungen aufzunehmen.

1. Interference Hunting:

◦ Verwenden Sie den Frequency Mask Trigger (FMT) um eine Warnung auszulösen, wenn Signale -50dBm (typische Störschwelle) überschreiten.

◦ Für OTA-Tests: Bewegen Sie die Richtantenne des Analysators, um Störquellen zu triangulieren (verwenden Sie TDOA, wenn mehrere SM435Cs eingesetzt werden).

1. Charakterisierung:

◦ Messung der Störbandbreite (verwenden Sie die Spektrogrammansicht) und der Leistungsstufe.

◦ Beispiel: Ein 28-GHz-Link mit einer SNR-Verschlechterung von 10 dB kann auf ein nahe gelegenes Industrieradar (24–26 GHz) mit Harmonischenemissionen zurückgeführt werden.

1. Minderungsvalidierung:

◦ Wiederholtest nach der Anpassung der Frequenz des DUT (z. B. Verschiebung von 28,1 GHz auf 28,3 GHz) oder dem Hinzufügen eines Bandpassfilters.

III. Fortgeschrittene Optimierung und Fehlerbehebung

1. Maximieren Sie die 10GbE-Streaming-Leistung

• Verwenden Sie SSD mit ≥500MB/s Schreibgeschwindigkeit für die I/Q-Datenprotokollierung (vermeidet verpasste Frames während des 160MHz-Streamings).

• Konfigurieren Sie die Netzwerkkarte für TCP-Offloading (verringert die CPU-Belastung bei Langzeittests).

2. Verbessern Sie die Schwachsignalerkennung

• Fügen Sie einen Rauscharmverstärker (z.B. PA-28G) hinzu, um die Systemrauschzahl von 13dB auf 5–7dB bei 28GHz zu verringern.

• Verwenden Sie Nuttall-Fenster (Spike > RBW > Fensterart) für eine bessere Dynamikspanne (typisch 115dB).

3. Häufige Probleme beheben

IV. Automatisierung mit der SM435C-API (Python-Beispiel)

Für wiederholte Tests (z. B. Validierung auf der Produktionslinie) verwenden Sie die Python-API von SM435C, um Workflows zu automatisieren. Unten ist ein Ausschnitt für die 28GHz-EVM-Tests:

Fazit

Die Kombination aus 160-MHz-Echtzeitbandbreite, 10-GbE-Anschluss und Phasenkohärenz des SM435C macht ihn zu einem vielseitigen Werkzeug für die Millimeterwellen-Kommunikationstests. Indem Ingenieure die oben beschriebenen Workflows – von der Link-Budget-Validierung bis zur Beamforming-Analyse – befolgen, können sie sicherstellen, dass ihre 5G-Advanced-, Luft- und Raumfahrt- oder industriellen Systeme die Leistungs- und behördlichen Anforderungen erfüllen.

Für komplexe Szenarien (z. B. Multi-User-MIMO-Tests) sollten Sie erwägen, den SM435C mit einem Kanalemulator (z. B. Keysight M8195A) zu integrieren, um reale Ausbreitungsbedingungen nachzustellen. Darüber hinaus ermöglicht die robuste Konstruktion des Analysators Feldtests in rauen Umgebungen, was sicherstellt, dass die Laborergebnisse auf die reale Zuverlässigkeit übertragbar sind.