dataTec Applikationsbericht | Spurensuche im Spektrum bei frequenzagilen Signalen

Applikationsschrift ::  HF Messtechnik: Auf Spurensuche im Spektrum bei frequenzagilen Signalen

Schwer erfassbare Signale erfassen und auswerten in komplexen und dynamischen Umgebungen ist nicht trivial. Wir zeigen Werkzeuge und Techniken, solche Frequenzen zu beherrschen.
Das wohl komplexeste Frequenzspektrum überhaupt ist das für industrielle, wissenschaftliche und medizinische Anwendungen genutzte ISM Band (Industrial, Scientific, Medical) bei 2,45 GHz.

Treffen zwei oder mehrere Technologien wie WLAN, Bluetooth oder DECT aufeinander - sei es nun zufällig oder absichtlich - ist meist einiges an Ingenieursarbeit zu leisten. Moderne Signalanalysatoren und Software Applikationen helfen den Entwicklern, mit den ständig steigenden Anforderungen Schritt zu halten.
Welche Werkzeuge und Techniken bieten sich dem Messtechniker, um schwer erfassbare Signale zu suchen und aufzufinden und welche Schritte sind notwendig, um komplexe HF Probleme einzugrenzen und schließlich zu lösen?

Arbeiten in dynamischen Signalumgebungen
Das weltweit für industrielle, wissenschaftliche und medizinische Anwendungen freigegebene ISM Band bei 2,45 GHz ist vermutlich das am vielfältigsten genutzte und dynamischste Frequenzband überhaupt. In vielen Regionen ist es nur mäßig reguliert, wird aber stark genutzt. Typische Anwendungen in diesem Spektrum sind WLAN, Bluetooth, drahtlose Telefone und Mikrowellenherde und Trockenöfen.
Da die gesendeten Signale üblicherweise nicht koordiniert sind, gibt es zahllose Gelegenheiten für Interferenzen, Kollisionen und Sendewiederholungen.

Ab einer bestimmten Kanalauslastung können Kollisionen oder zusätzliche Kapazitätsforderungen zu einem plötzlichen Einbruch des effektiven Kanaldurchsatzes führen, dann spricht man auch von einem KlippenEffekt.
Signale können sich beispielsweise nach dem Muster „kurz, breit und selten" verhalten: Sekundenbruchteile lang, einige zehn MHz breit und im Sekunden oder Minutentakt auftretend. Dadurch sind sie mit herkömmlichen Wobbel oder FFTAnalyseTechniken nur schwer zu erfassen. Hier sind die Eigenschaften von EchtzeitSpektrumanalysatoren (RTSA) besonders wertvoll.
Glücklicherweise muss man heute nicht extra ein separates RTSA Gerät kaufen. Die RTSA Funktion lässt sich als Option bei den weit verbreiteten Keysight (vormals Agilents elektronische Messtechnik) Signalanalysatoren PXA und MXA nachrüsten.

Von der Schwierigkeit frequenzagiler Signale
Das sowohl dynamische als auch komplexe 2,45GHz ISM Band ist ein gutes Beispiel für die Herausforderungen der Analyse frequenzagiler Signale. Bild 1 zeigt, dass die herkömmliche gewobbelte Spektrumanalyse (Swept Spectrum Analysis) kein effizienter Ansatz zum Verständnis der Aktivitäten in diesem Band ist. Abhängig vom Grad der Spektrums/Zeit Belegung mag ein einzelner Wobbeldurchlauf entweder nichts oder lediglich einen Teil eines oder mehrerer Signal Bursts zeigen.
Es kann schwierig sein, solche Messungen zu interpretieren, besonders wenn die Dynamik der WobbelAuflösungsbandbreite des Analysators und die Dynamik des Signals selbst aufeinander einwirken. Die Spitzenwert Haltefunktion oder auf Englisch PeakHold ist ein nützliches Werkzeug, um einige Aspekte der Signalumgebung zu verstehen. Lange PeakHold Messungen sollten letztendlich die meisten Signale im Band erfassen......

07.10.13 | Autor / Redakteur: Ben Zarlingo und Tomas Lange Keysight (vormals Agilents elektronische Messtechnik) / Hendrik Härter
Erschienen: elektronikpraxis Online