Was ist ein HF-Spektrumanalysator?

HF-Spektrumanalysatoren zählen zu den am häufigsten eingesetzten und leistungsstärksten Tools zum Testen und zur Sicherstellung von Kommunikationsverbindungen. Ihr Anwendungsbereich und ihr Funktionsumfang wachsen immer weiter. Die Einführung von 5G hat die Anforderungen der Spektrumanalyse während des gesamten Lebenszyklus in den Blickpunkt gerückt, da das Funkspektrum immer dichter belegt wird und modernste Übertragungs- und Modulationsverfahren zum Einsatz kommen.

Aufgrund dieser Veränderungen kann der altvertraute HF-Spektrumanalysator, der nur eine einzige Messfunktion bietet, die neuen Herausforderungen nicht mehr bewältigen. Stattdessen machen speziell entwickelte HF-Analysatoren den Weg für vielseitige, portable Testplattformen frei, die alle Funktionen bieten, die benötigt werden, um die Komplexität von 5G und der sich neu entwickelnden Mobilfunktechnologien zu beherrschen.  

Auf Grundlage seiner jahrzehntelangen Erfahrung auf dem Gebiet der HF-Spektrumanalyse und seiner Kompetenz bei der Lösung der sich stetig ändernden Anforderungen der heutigen Mobilfunknetze hat VIAVI die branchenweit umfassendsten portablen HF-Testlösungen entwickelt. 

Die von VIAVI entwickelte Technologie der Echtzeit-Spektrumanalyse (Real-Time Spectrum Analysis, RTSA) bildet die Grundlage für eine Vielzahl neuer portabler HF-Analysefunktionen. Neben automatischen Workflows, Cloud-Konnektivität und deutlich vereinfachter Berichterstellung erfüllen diese modernen Leistungsmerkmale die wachsenden Anforderungen der HF-Serviceprovider, Servicetechniker und Dienstleister.  

• Die Persistenz-Spektrumanalyse nutzt erweiterte Algorithmen, um das Vorhandensein einer bestimmten Frequenz innerhalb des Signals präzise im Zeitverlauf zu bestimmen. Diese Methode erlaubt, „versteckte“ Signale, die ansonsten übersehen worden wären, anzuzeigen und zu messen. Da alle 5G-Träger über 3 GHz das Zeitduplexverfahren (TDD) verwenden, bietet die Persistenz-Spektrumanalyse eine hervorragende Möglichkeit, um 5G-Signale mit exakten Zeitschlitzen im Uplink und Downlink über die gleiche Frequenz zu charakterisieren.  

  Real-time Spectrum Analysis

  
• Die Signalanalyse wurde als Ableger der HF-Spektrumanalyse entwickelt, um detaillierte Einblicke in das Verhältnis von Amplitude und Phase zwischen den Signalen und in deren Modulationskennwerte zu gewinnen. Die Signalanalyse-Funktionen eines portablen HF-Spektrumanalysators sind unverzichtbar für die Analyse der 5G- und LTE-Modulation, der Kanalzuordnung und der Konformitätsprüfung nach 3GPP-Standards.
• Die Interferenzanalyse wandelt Spektrumdaten in aussagekräftige Informationen zur Quelle und zum Typ der unerwünschten, die Mobilfunknetze beeinträchtigenden Signale um. Die Wiedergabefunktion, die Lokalisierung von Störquellen und die erweiterte Heatmap-Software der HF-Spektrumanalysatoren können genutzt werden, um Störquellen schneller und einfacher zu lokalisieren.
• RF over CPRI (RFoCPRI) ist eine Technologie, der VIAVI den Weg geebnet hat und die sich als praktische HF-Messmethode für das Glasfaser-Fronthaul, also dem Abschnitt zwischen der Baseband Unit (BBU) und dem Remote Radio Head (RRH) im Mobilfunknetz, erwiesen hat. RFoCPRI erlaubt, die Uplink-Signale und Interferenzen des Mobilgeräts hoch oben im Sendemast bequem vom Boden aus zu analysieren.
• Die Beam-Analyse ist bei HF-Spektrumanalysator-Handgeräten eine praktische Funktion, die bei 5G-Beamforming-Anwendungen für Leistungsmessungen über die Luftschnittstelle (OTA) entwickelt wurde. Ein 5G-Beam-Analysator kann das Übertragungsprofil jeder einzelnen Beam-ID, einschließlich Beam-Leistung und Signal-Rausch-Abstand (SNR) charakterisieren.  

• Massive MIMO Arrays ermöglichen die dynamische nutzerbasierte Netzabdeckung und die mmWave-Übertragung, stellen jedoch beispiellose Herausforderungen an die Validierung der Antenne und der Reichweite. 5G-Spektrumanalyse-Tools für die präzise Interpretation des Signalverhaltens im Frequenzbereich FR2 (mmWave) und zur Ermittlung der Netzabdeckung in Echtzeit bieten wichtige neue Funktionen zur Bereitstellung der 5G MIMO-Technologie.

  

Im Feldeinsatz werden HF-Spektrumanalysatoren verwendet, um die Frequenznutzung und Interferenzen in und zwischen Telekommunikationsnetzen zu ermitteln. Darüber hinaus werden portable HF-Spektrumanalysatoren eingesetzt, um die Genauigkeit der Funkübertragung zu bestimmen, indem die Frequenzen und Brandbreiten des Ausgangssignals mit dem empfangenen Eingangssignal verglichen werden. In Labor und Produktion hat sich der Spektrumanalysator zu einem wertvollen Hilfsmittel bei der Entwicklung und beim Einsatz neuer HF-Komponenten und Topologien entwickelt. 

• Basisstationen nutzen anspruchsvolle HF-Spektrumanalysen, um die Reichweite von 5G-Mobilfunkdiensten zu vergrößern und bei der Inbetriebnahme die kritischen Leistungsindikatoren (KPI) zu überprüfen. Die Echtzeit-Spektrumanalyse mit Persistenz-Spektrum ist heute für die Analyse moderner 5G-Übertragungsverfahren, wie Zeitduplex (TDD) und Dynamic Spectrum Sharing (DSS), unverzichtbar. Da jede neue Neuinstallation mit kilometerlangen Glasfasern und vielen neuen Antennen-Arrays verbunden ist, bieten die besten HF-Komplettlösungen von VIAVI auch praktische Funktionen zum Testen der Glasfaser und der Antenne.  
• Die HF-Abschirmung stellt bei allen älteren Kabelnetzen, die Unternehmen und auch Wohnungen verbinden, sowie bei Antennenanschlüssen für HF-Koaxialkabel ein ernstzunehmendes Problem dar. Beschädigte oder fehlende HF-Abschirmungen können induzierte Interferenzen durch Abstrahlungen (Egress) aus oder Einstrahlungen (Ingress) in das Kabel, die die kabelgebundene Übertragung stören, zur Folge haben. In jedem Fall bieten sich hier speziell entwickelte Lösungen zur Überwachung des HF-Spektrums an, um derartige Störquellen zu lokalisieren und zu beseitigen. Ein HF-Spektrumanalysator-Handgerät erlaubt, die Emissionen von Elektrogeräten und die Einhaltung der Normen zur Gewährleistung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) zu kontrollieren.
• Elektromagnetische Felder (EMF) sind für den Menschen ungefährlich, sofern bestimmte Grenzwerte nicht überschritten werden. Die Mobilfunk-Serviceprovider müssen kontinuierlich Strahlungsmessungen ausführen, um die Einhaltung gesetzlicher Bestimmungen und die persönliche Sicherheit ihrer Beschäftigten und Kunden zu gewährleisten. 

Im Unterschied zu einem Oszilloskop misst ein HF-Spektrumanalysator das Signalverhalten sowohl im Frequenzbereich als auch im Zeitbereich. Jahrzehntelang galt der Heterodyn-Spektrumanalysator (Wobbel-Spektrumanalysator) als Industriestandard. Nach der vertrauten Messung der Amplitude in Abhängigkeit von der Frequenz folgt die Umsetzung der eingehenden Signale mit anschließendem Durchlauf (Wobbelung) durch ein Auflösebandbreiten-Filter (RBW). Danach berechnet ein zusätzlicher Detektor für jede auf dem Display angezeigte Frequenz den Amplitudenwert. 

• Echtzeit-Spektrumanalyse 
  Ein konventioneller Heterodyn-Spektrumanalysator zeigt nur eine Momentaufnahme der zu einem bestimmten Zeitpunkt erfassten Signalamplitude an. Diese Methode funktioniert bei stabilen oder konsistenten Signalen, ist aber weniger gut geeignet, um unvorhersehbare, sporadische oder transiente Signale sowie Rauschkomponenten zu diagnostizieren. Zur Überwindung dieser Beschränkungen nutzt die RTSA-Technologie die digitale Signalverarbeitung, um die Abtastrate zu erhöhen und die Ergebnisse kontinuierlich zu speichern, sodass eine genauere Analyse möglich ist.
• 5G-Spektrumanalyse 
  HF-Interferenzen treten im 5G RAN häufig auf. Die daraus resultierenden Leistungsstörungen beeinträchtigen beispielsweise den Datendurchsatz und die Sprachqualität. Diese Störungen sind oft jedoch nur kurzzeitig oder als Transienten im Frequenzbereich präsent. Die RTSA ist ein effektives Tools für die 5G-Spektrumanalyse und kann in Verbindung mit einem Persistenz-Spektrum-Display Tausende von Datenpunkten gleichzeitig anzeigen. Hierbei werden Farbe und Helligkeit genutzt, um die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Signals grafisch darzustellen. 

• OneAdvisor 800 
  Der OneAdvisor 800 von VIAVI ist ein universeller, portabler HF-Spektrumanalysator, der sich für die Überprüfung und Fehlerdiagnose an RAN-Netzen anbietet. Das Echtzeit-Persistenz-Spektrum von 9 kHz bis 44 GHz, die RFoCPRI-Interferenzanalyse, die O-RAN Fronthaul-Prüfung sowie Funktionen zur anspruchsvollen Lokalisierung von Störquellen unterstreichen die Funktionsvielfalt seiner HF-Spektrumanalyse. Darüber hinaus führt der OneAdvisor 800 Reflexionsmessungen an Kabeln und Antennen, Glasfaser-Inspektionen und OTDR-Tests mit vorkonfigurierten Test-Workflows aus.  
• CellAdvisor 5G
  Der CellAdvisor 5G ist der umfassendste und am einfachsten zu bedienende, portable 5G-Spektrumanalysator der Branche. Er wurde entwickelt, um die komplexen Anforderungen der 5G-Spektrumanalyse zuverlässig zu bewältigen. RTSA-Technologie, Interferenzanalyse und Persistenz-Display unterstützen sowohl den Frequenzbereich FR1 als auch FR2 (mmWave). 5G-Carrier-Scans messen die Leistung von bis zu 8 Trägern gleichzeitig, während die 5G-Beam-Analyse die Beam-ID, den Leistungspegel und den SNR-Abstand ermittelt. Messungen an Glasfaser- und Koaxialkabeln ergänzen die erweiterten Tests am Fronthaul und zur Erkennung von Interferenzen und PIM-Störungen über die CPRI-Schnittstelle.

• InterferenceAdvisor 
  Der InterferenceAdvisor ist eine vollautomatische Lösung zur Lokalisierung von HF-Störquellen, die nahtlos in einen Spektrumanalysator OneAdvisor 800 integrierbar ist. Die auf einem Android-Tablet installierte InterferenceAdvisor Software analysiert auf der Messfahrt das HF-Spektrum und die Leistungsdaten. Eine intuitive Heatmap führt den HF-Techniker effektiv zu dem Ort, der als wahrscheinliche Störquelle identifiziert wurde.