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R&S®AMMOS Laboratory R&S®AMLAB

Kompaktsystem für die breitbandige Erfassung und technische Analyse

R&S®AMLAB – ein wesentlicher

Baustein der umfangreichen System­

familie R&S®AMMOS – ist eine

kompakte Lösung für die technische

Analyse von Signalen.

Komplex: Die Einsatzgebiete von R&S®AMLAB

R&S®AMLAB ist ein wesentlicher Bestandteil der Funkerfassungsfami-lie R&S®AMMOS [*] und eine univer-selle und system offene Lösung von Rohde&Schwarz für die technische Analyse analoger und digitaler Signale. Das System kommt zum Einsatz, wenn

unbekannte Signale oder komplexe Sig-nalszenarios online nicht mehr verarbeit-bar sind. Die Untersuchung der techni-schen Parameter anhand einer breitban-digen Spektrogrammübersicht und ver-schiedener Zeitbereichsdarstellungen liefert die Daten für das Messen, Einord-nen und Klassifizieren unbekannter Sig-nale. Aus der breitbandigen Übersicht lassen sich Signalausschnitte beliebiger

BILD 1 Bietet besten Überblick dank zweier Bildschirme (v. l.): R&S®AMLAB stellt eine breitbandige Übersicht als Spektrogramm dar (hier ein 20 MHz breites Signalszenario), die

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Monitoring-SystemeFUNKERFASSUNG

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Zeitanalyse zur genauen Messung des Signals, die Steueroberflächen für Geräte und Algorithmen sowie das Navigationscenter mit der Datenbasis der erzielten Ergebnisse.

Bandbreite extrahieren und untersu-chen. Die mit R&S®AMLAB gewonne-nen Informationen können als Grundla-gendaten in die Abläufe von Such- und Produktions systemen eingehen, um spe-zielle Signale gezielter überwachen oder erfassen zu können.

Kompakt: Die Komponenten von R&S®AMLAB

R&S®AMLAB (R&S®GX410) für die Signalerfassung und Signalanalyse Die Analyse-Software läuft auf einem Multiprozessor-Rechner, standardmäßig

stehen zwei Bildschirme für die Dar-stellung der Daten und Steue rung der Applikationen zur Verfügung (BILD 1). R&S®AMLAB verarbeitet Signalproben (digitale ZF-Daten), die entweder direkt von R&S®AMMOS-Breitbandempfängern oder vom ZF-Aufzeich nungs- / Wieder-gabe system R&S®AMREC (R&S®GX420) geliefert werden, bzw. importiert sie von Servern im Netzwerk. Liegen die impor-tierten Signalproben im R&S®AMMOS-ZF-Datenformat vor, kann sie das Sys-tem direkt verarbeiten, Fremdformate müssen konvertiert werden. Der Import von WAV-Dateien ist standardmäßig durchführbar.

Signalaufzeichnungs­ und ­ wiedergabesystem R&S®AMREC (R&S®GX420) Das System dient in die-ser Konfiguration als Festplattenspei-cher, der in der Lage ist, die von den R&S®AMMOS-Breitbandempfängern per optischem Datenlink (SFP / FPDP) mit bis zu 1 GBit/s gelieferten Signale (20 MHz Bandbreite) in Echtzeit digital aufzuzeichnen.

Monitoring­System R&S®GX400 Sensorik-Subsystem mit R&S®AMMOS-Schmalband- und Breitbandempfängern für HF und / oder VHF/UHF.

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LAN und optischer FPDP-Bus

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BILD 2 Die Komponenten des Kompaktsystems für die breitbandige Erfassung und technische Analyse von Signalen.

Festplattenmodul von R&S®AMREC (R&S®GX420HD). Über ein zusätz-liches Controller-Modul stehen ver-schiedene Schnittstellen, z.B. Giga-bit-Ethernet oder ein optischer seriel-ler FPDP (Front Panel Data Port), zur Verfügung.

Monitoring­System R&S®GX400 in der Konfigu-ration mit HF- und VHF-UHF-Breitbandempfängern (Echtzeit-bandbreite 20 MHz).

R&S®AMLAB (R&S®GX410) System für die breitbandige Signal erfassung und -analyse.

Die drei oben aufgeführten Komponen-ten sind in ein Gigabit-Ethernet-LAN integriert, in dem R&S®AMLAB die Steu-erung übernimmt (BILD 2). Zum Archivie-ren größerer Datenmengen bietet es sich an, das System um einen File-Server zu erweitern und die Archivierungs-Funktio-nen von R&S®AMREC zu verwenden.

In Echtzeit: Signalerfassung und ‑aufzeichnung

R&S®AMLAB kann die Breitbandempfän-ger im Monitoring-System R&S®GX400 direkt steuern und breitbandige Signal-szenarios aufzeichnen. Die Empfänger liefern parallel zum digitalen ZF-Daten-strom auch Spektren, die R&S®AMLAB als Wasserfall darstellt (einstellbar 30 FFT/s bis 200 FFT/s). Damit erhält der Anwender einen Überblick über das aktuelle Signalszenario und kann bei Bedarf die Aufzeichnung digitaler ZF-Daten veranlassen (BILD 3). Zur besse-ren Visualisierung von Kurzzeitsigna-len ist in der Wasserfalldarstellung eine Max-Hold-Funktion aktivierbar, mit der

auch schnelle Hopper- oder extrem kurze Burst-Signale deutlich erkennbar sind.

Die digitalen ZF-Daten von den Breit-bandempfängern werden in Echtzeit auf dem Aufzeichnungs- / Wieder gabe-System R&S®AMREC gespeichert. Dabei können Datenraten bis 100 MByte/s (bei einer ZF-Bandbreite von 20 MHz) auftre-ten, die das System schritthaltend verar-beitet. Die Kapazität eines R&S®AMREC-Moduls ist ausreichend, um 2,5 Stunden lang bei einer ZF-Bandbreite von 20 MHz oder 50 Stunden lang bei einer ZF-Band-breite von 1 MHz aufzunehmen. Das Gerät bietet zusätzlich einen Ringspei-cher-Modus, in dem der Speicherplatz für eine definierte Zeitdauer bei gege-bener Bandbreite auf dem System reser-viert wird. Mit diesem Ringspeicher ist eine endlose Aufzeichnung möglich, in der zu jedem Zeitpunkt die letzten Minu-ten oder Stunden eines Signalszenarios enthalten sind.

Die Verarbeitung in R&S®AMLAB bietet neben der Darstellung breiter Signalsze-narios die Möglichkeit zur automatischen

Detektion kontinuierlicher Signale (Such-parameter: Bandbreite, SNR) und von Kurzzeitsignalen (Suchparameter: Dauer, Bandbreite, SNR)

Hoch aufgelöst: Analyse der Signalproben

Die ermittelten Emissionsdaten kön-nen statistisch ausgewertet werden, was vor allem für die Analyse einer gro-ßen Anzahl von Kurzzeitsignalen vor-teilhaft ist. Darüber hinaus lassen sich einzelne Emissionen beliebiger Band-breite ins Basisband mischen, wo sie für die Modula tionsanalyse zur Verfügung stehen.

Für die Modulationsanalyse wird die breitbandige Signalprobe in einer zoom- und rollbaren Spektrogrammdarstel-lung mit einer Zeitauflösung <100 μs (VHF / UHF) bzw. mit einer Frequenzauf-lösung <100 Hz (HF) dargestellt (BILD 3). Grafische Cursor helfen beim Messen von Emissions-Längen, Bandbreiten und Pegelverhältnissen.

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FUNKERFASSUNG Monitoring-Systeme

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BILD 3 Spektrum­ / Spektro­

grammdarstellung von R&S®AMLAB.

Die Daten wurden von einem HF­Breit­

bandempfänger gewonnen. Zu sehen

ist ein Ausschnitt mit 225 kHz Band­

breite, in dem bereits automatisch alle vorhandenen Sig­

nale detektiert und gemäß ihren unter­schiedlichen Band­

breiten segmen­tiert wurden (hervor­

gehoben durch die umrahmten Bereiche

im Spektro gramm). Cursor ermöglichen das Messen von Sig­nallängen und ­band­

breiten sowie von Pegeln.

BILD 4 Ausgewählter Sig­

nalabschnitt in der Spektrumdarstellung

von R&S®AMLAB (256 k FFT­Länge).

Für die Zeitbereichs­analyse wurde ein

6,1 kHz breiter und 10,5 s langer Signal­

abschnitt gewählt.

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Weitere Informationen und Datenblatt unter www.rohde­schwarz.com

(Suchbegriff: AMLAB)

LITERATUR[*] Funkaufklärungssystem R&S®AMMOS:

Klarer Durchblick im Gedränge der Signale. Neues von Rohde&Schwarz (2003) Nr. 178, S. 56–60.

Um die Eigenschaften einzelner Emissio-nen untersuchen zu können, werden schmalbandige Signale mit einem Digi-tal Down Converter (DDC) aus der Breit bandaufzeichnung extrahiert, die anschließend als digitale ZF-Signale für die automatische oder manuelle Modu-lationsanalyse zur Verfügung stehen (BILD 4).

Der Modulationsarterkenner kann Emis-sionen automatisch analysieren (BILD 5). Dazu verwendet er eine spektrale Dar-stellung, bei der er eine Segmentierung durchführt. Er klassifiziert unter anderem folgende Modulationsarten: A3E, J3E, ASK2, FSK2, FSK4, Mehrton- und Mehr-kanalsysteme, MSK /GMSK, OQPSK, PSK2 / 4 / 8 (jeweils A- und B-Varianten), QAM16, Burst-Verfahren.

Als Messergebnisse liefert der Modula-tionsarterkenner Mittenfrequenz, Band-breite, Modulationsart und von Letzterer je nach Typ weitere Parameter wie Shift, Symbolrate, Kanalanzahl, Kanalabstand und Burst-Länge. Jedes Ergebnis belegt er mit einem Gütewert.

Erzielt der automatische Modula tions-arterkenner kein zufriedenstellendes Ergebnis (z.B. weil die erfasste Emission zeitlich zu kurz ist oder ein unbekanntes Signal vorliegt), besteht die Möglichkeit, die Signale in der Zeitebene manuell zu analysieren. Dazu sind sie in folgenden zoombaren Diagrammen gleichzeitig dar-stellbar (BILD 6), wobei in jeder dieser Ansichten umfang reiche manuelle Mess-werkzeuge zur Verfügung stehen:

Zeitdiagramm (Oszilloskop)◆◆

Hüllkurve (Amplitude über Zeit)◆◆

Frequenz über Zeit◆◆

Phase über Zeit◆◆

Basisband- und Hüllkurvenspektrum ◆◆

verschiedener MomenteI/Q- und Augendiagramm◆◆

Für eine effiziente Arbeitsweise kann der Anwender den automatischen Arbeits-ablauf des Modulationsarterkenners

unterstützen und bei schwierigen Sig-nalszenarios einzelne Zwischenergeb-nisse manuell überprüfen und ggf. kor-rigieren (z.B. die Vorgabe der Segmen-tierung). Alle anderen Arbeitsschritte werden weiterhin – unter Berücksich-tung der manuell ermittelten Vorgaben – automatisch durchgeführt.

Optional bietet R&S®AMLAB die Mög-lichkeit, eine Kombination aus Demo-dulation und Bitstromanalyse zu nutzen. Die daraus gewonnenen Ergebnisse die-nen z.B. als Grundlage für die Entwick-lung von Decodern (HF) mit der Decoder-Entwicklungs-Umgebung R&S®GX400ID.

Die Bitstromanalyse findet Anwendung zum Identifizieren bekannter bzw. zum Analysieren unbekannter Codes. Der demodulierte Symbol- / Bitstrom wird in verschiedenen Darstellungen visuali-siert (z.B. im Pulse-Längen-Diagramm). Den Bitstrom kann man tiefergehenden Strukturanalysen unterziehen, z.B. einer Block-Code-Analyse, der Präambelsu-che, der Untersuchung von Synchronisa-tionsstrukturen sowie Faltungscode- und Scrambling-Analysen. Ergänzend bietet R&S®AMLAB Auto- und Kreuzkorrelati-onsfunktionen, Entropietests und Scram-bler-Polynomsuchen (BILD 7).

Es steht eine große Auswahl an Bit-strom-Manipulationswerkzeugen zur Verfügung, z.B. Länge-Code-Trans-formation, Bit-Löschung, Bit-Invertie-rung, Demultiplexen und Multiplexen sowie die Anwendung von Standard-Alphabeten.

R&S®AMLAB bietet mehrere Ausgangs-schnittstellen für das Weiterverarbei-ten der gewonnenen Ergebnisse und extrahierten Signale. Diese können auf einer analogen, variablen ZF-Frequenz (bis 1 MHz) ausgegeben und als Ein-gangssignale für einen speziellen, exter-nen Demodulator / Decoder genutzt wer-den. Sie lassen sich auch digital expor-tieren, um die Analyse mit anderen

Werkzeugen zu vertiefen (z.B. mit MATLAB®).

Zusammenfassung und Ausblick

R&S®AMLAB ist ein wesentlicher Bau-stein der Systemfamilie R&S®AMMOS für die strategische und taktische Funk-erfassung. Zusammen mit dem Moni-toring-System R&S®GX400, das ver-schiedene Empfänger für die mehrka-nalige Suche und Überwachung enthal-ten kann, und dem Signalaufzeichnungs- und -wiedergabe-System R&S®AMREC ist es das Werkzeug der Wahl für die technische Analyse sowohl kontinuier-licher als auch frequenzagiler Signale. Sämtliche Analysefunktio nen sind auf einen großen Signalbandbreitenbereich ausgelegt. Die ständige Weiterentwick-lung dieser Funktionen (z.B. zukünftig alle Messfunktionen gemäß ITU-Recom-mendation ITU-R SM.1600 auch zum Messen von OFDM-Signalen) gewähr-leistet, dass der Anwender auch künf-tig neuartige Verfahren und komplexe Signalszenarios detailliert untersuchen kann.

Jürgen Modlich

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FUNKERFASSUNG Monitoring-Systeme

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BILD 5 Der Modulationsarterkenner hat ein FSK2­Signal erkannt und vollautomatisch alle relevanten Parameter ermittelt.

BILD 6 In der Zeitbereichs­Analyse stehen verschiedene Ansichten und

Messfunktio nen zur manuellen Analyse der Modulationsparamter zur Ver­fügung (hier Oszilloskop, Frequenz­Über­Zeit­ und Augen­Darstellung

eines FSK2 Signals).

BILD 7 Die Bitstromanalyse erlaubt die Manipulation und Analyse von Bitströ­men. Anhand der farbli­chen Darstellung der Bits erkennt der Anwender die jedem Bit zugeord­nete Qualitätsinforma­tion, die bei der Demodu­lation gewonnen wurde und kann somit qualitativ gute Abschnitte für die Analyse wählen.

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