Grundlagen von Kabel- und Antennentests
Installation und Betrieb von Basisstationen
Die Gesamtleistung eines modernen Mobilfunk-Kommunikationsnetzes hängt von den zahlreichen Basisstationen ab, auf denen das Netzwerk fußt. Wenn diese Basisstationen nicht sorgfältig aufgebaut sind oder ein Fehler bei der Wartung unterläuft, kann das Service-Angebot des Netzwerkbetreibers darunter leiden.Um Probleme beim Betrieb und bei der Wartung zu verhindern, muss regelmäßig eine genaue Analyse der Betriebsparameter erfolgen. Es existieren jedoch verschiedene Aspekte, die ein Betreiber bei der Beschaffung von Antennen- und Kabel-Analyzer berücksichtigen sollte, um das am besten geeignete Modell für die jeweilige Anwendung zu finden. Antennen-Kabel-Analyzer sind ein wichtiger Bestandteil im Toolkit heutiger Testingenieure im Feld. Diese Instrumente bieten detaillierte Informationen dazu, wie gut die Komponenten zusammenarbeiten, die das Sendesystem einer Basisstation ausmachen. Sie geben auch Aufschluss darüber, ob die rauen Umgebungsbedingungen, in denen sie arbeiten, die Leistungsfähigkeit beeinträchtigen. Durch das Zusammenfassen aller Informationen kann ein Techniker die Betriebseffizienz jeder Basisstation in einem Netzwerk bestimmen. Aufkommende Probleme lassen sich erkennen und somit schnell beseitigen. Auf dem Markt finden sich heute zahlreiche Analyzer verschiedener renommierter Testgerätehersteller. Jedes dieser Geräte bietet Funktionen, die für den Techniker abhängig von den Umständen potenziell von Wert sein können. Es kommt also darauf an, die relevanten Aspekte für das jeweilige Testszenario festzulegen, um die richtige Auswahl zu treffen. Unabhängig davon, welches Gerät der Techniker schließlich wählt, gilt für jeden Antennen-Kabel-Analyzer, dass er bestimmte Messungen mithilfe integrierter Funktionen effektiv durchführt. Als erster Punkt ist das Spannungs-Stehwellenverhältnis (VSWR, Voltage Standing Wave Ratio) zu nennen. Es drückt die von der Basisstationsantenne reflektierte Leistung aus. Der Wert bezieht sich direkt auf den Reflexionskoeffizienten (r), die Berechnung erfolgt über die Gleichung: VSWR = (1+r)/(1-r) Das VSWR dient zur genauen Messung, wie eng die Impedanzanpassung der Antenne zur angeschlossenen Übertragungsleitung ist. Bei einer unzureichend abgestimmten Antenne entsteht eine Stehwelle auf der Leitung, was die Verluste vergrößert. Ist der VSWR-Wert niedrig, liegt eine bessere Anpassung vor und die zur Antenne gelieferte Leistung ist höher. Der zweite Parameter ist die Rückflussdämpfung (RL, Return Loss). Sie wird in dB angegeben und beziffert den Signalleistungsverlust, der durch eine Reflexion entsteht, wenn eine Diskontinuität oder Impedanzfehlanpassung auf der Übertragungsleitung vorliegt. Der Wert bezieht sich auf die Eingangsleistung (PI), die einen bestimmten Punkt erreicht und auf die reflektierte Leistung(PR), die von diesem Punkt zurückreflektiert wird: RL = 10Log10(PI/PR) RL ist ein Maß dafür, wie gut Geräte oder Übertragungsleitungen angepasst sind. Eine Messung schützt vor schlecht umgesetzten Verbindungen, etwa wenn die Verbindung zu lose ist oder Knicke in der Verkabelung vorliegen. Entspricht die Anpassung einem hohen Standard, ist auch der RL-Wert hoch. Je größer der Wert, desto geringer die Einfügungsdämpfung. Der Einfluss von RL war in der Vergangenheit nicht besonders groß, sodass Techniker ihr nur geringe Bedeutung beimaßen. Mit der Einführung immer schnellerer Kommunikationsprotokolle wie LTE und HSDPA hat sich dies jedoch geändert. Als dritten Punkt nennen die Experten die Kabelverluste. Sie kennzeichnen die Energiemenge, die bei der Signalübertragung entlang der Leitung und in allen zugehörigen Komponenten verloren geht (Verkabelung, Verbindungen und Schutzeinrichtungen). Ursache ist der Widerstand der Übertragungsleitung, was der gesamten Einfügungsdämpfung (über einen bestimmten Frequenzbereich) entspricht. Je höher die Signalfrequenz, desto kleiner der Durchmesser der Leitung, und je länger die Leitung, desto größer sind die Verluste. Die Größe der Verluste ist für Netzwerkbetreiber entscheidend, da sie heute strenge Vorgaben hinsichtlich der Energieeffizienz erfüllen müssen. Ein vierter Parameter ist die Entfernung zum Fehler (DTF, Distance to Fault). Ihre Kenntnis kann eine große Hilfe bei der Suche nach Diskontinuitäten und Kurzschlüssen in der Antenne oder Verkabelung der Basisstation sein, die zu VSWR oder RL führen. Der Analyzer verwendet hier komplexe FFT-Algorithmen (Fast-Fourier-Transformation), um erfasste Frequenzdaten in den Zeitbereich zu übertragen. Damit lassen sich Signalfehler in Bezug auf ihre Entfernung ermitteln. Neben den genannten Messungen bieten bestimmte Antennen-Kabel-Analyzer noch zahlreiche weitere Funktionen, die sich bei der Arbeit von Vorteil erweisen. Da die Geräte im Feld eingesetzt werden und Messungen auf Antennenmasten etc. erfolgen, sollten sie leicht und handlich sein. Gewöhnlich muss ein Techniker mit einem Gesamtgewicht von bis zu drei Kilogramm und Abmessungen von etwa 200 mm × 280 mm × 150 mm rechnen. Eine lange Batterielebensdauer und ein robuster Aufbau sind ebenfalls entscheidend. Um die Prüfung der erfassten Daten zu vereinfachen, sollte ein Gerät mit einem relativ großen hochauflösenden Farbdisplay in die Auswahl kommen. Ein Berührungsbildschirm ist mittlerweile Standard und stellt eine intuitive Benutzerschnittstelle mit einfacher Bedienung zur Verfügung. Bisweilen kann ein Touchscreen jedoch auch nachteilig sein kann: Falls sich ein Techniker auf einem Antennenmast befindet und Handschuhe trägt, lässt sich ein Touch-Display womöglich nur schwer bedienen. Programmierung der Tests Einige Hersteller bieten eine weitere Funktion, mit der sich eigene Testverfahren für das Instrument programmieren lassen. Ein Unternehmen kann somit sicherstellen, dass jeder Techniker im Feld genau die gleichen Abläufe bei der Überprüfung einer Basisstation vornimmt. Dies verringert die Fehlerquote, etwa wenn der Techniker während des Tests die falsche Frequenz wählt. 2-Port-Übertragungsmessungen sind hilfreich, da sie genauere Ergebnisse liefern als Messungen an nur einem Port. 3G/4G-Basisstationen verwenden heute Weichen und Duplexer, um die Zellenabdeckung zu erhöhen. Über eine 2-Port-Übertragungsmessung lässt sich die Verstärkung, Isolation und Einfügungsdämpfung messen. Verfügt der Analyzer über einen Split-Screen lassen sich zwei verschiedene Messungen (zum Beispiel DTF und VSWR) gleichzeitig darstellen. Der Zugriff auf Zubehör für diese Analyzer ist ebenfalls wichtig. Verlustarme Kabel und Prüfspitzen sorgen für genauere Messdaten. Präzisionskalibrierungskits, die gepflegt sind und regelmäßig selbst kalibriert werden müssen, sorgen für die Einhaltung relevanter Standards während der Lebensdauer des Analyzers. Es gibt daher eine direkte Beziehung zwischen der Qualität einer Messung und der Qualität der Kalibrierungskits. Um mit einem einzelnen Gerät mehr zu erreichen, lassen sich zusätzliche Funktionen integrieren. Eine Spektrenmessung kann zum Beispiel sehr hilfreich sein, da sich mit ihr Störquellen (Interferenzen) auffinden lassen. Fortschrittliche Geräte enthalten deshalb oft einen Spektrum-Analyzer. Die Netzwerkbetreiber erwarten von ihren Technikern im Feld auch, dass sie die Position festhalten, an der die Überprüfung der Basisstation stattfindet. GPS wird damit ebenfalls zu einem zusätzlichen Gerätemerkmal. Passive Intermodulation (PIM) gilt heute als kritisches Phänomen, das beim Aufbau einer Basisstation-Infrastruktur zu adressieren ist. Einige Analyzer bieten heute die Möglichkeit, PIM auf einfache Art darzustellen. Für eine genaue Überprüfung ist allerdings weiterhin ein gesonderter PIM-Tester erforderlich. Die detaillierte Darstellung eines Interferenzprofils mit einer Richtantenne kann für den Techniker von Vorteil sein. Geräte mit dieser Funktion sind somit ebenfalls sehr interessant. In vielen Fällen benötigt der Techniker einen Analyzer nur für kurze Zeit. Es kann daher unwirtschaftlich sein, ein solches Gerät zu kaufen. Attraktiver ist vielfach die Zusammenarbeit mit einer Verleihfirma - und dies sowohl unter technischen wie unter finanziellen Gesichtspunkten. Unter den Produkten, die der Test-Sourcing-Spezialist Livingston anbietet, finden sich bekannte Antennen-Kabel-Analyzer wie Anritsu Site Master, JDSU Cell Advisor und der ZVH von Rohde und Schwarz. Livingston bietet die Geräte mit umfangreichem Zubehör und einem Kalibrierungs-Management-Service an. Das Angebot umfasst auch die Option, verschie-dene Analyzer auszuprobieren.
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