Channel Sounding für 5G

Die für 5G benötigten höheren Datenraten und damit größere Bandbreite bedingen die Verwendung sehr viel höherer Trägerfrequenzen im Vergleich zu den aktuellen Mobilfunknetzimplementierungen unter 6 GHz.

In verschiedenen Forschungsprojekten war zunächst ein Frequenzspektrum im Bereich von 6 GHz bis 100 GHz im Gespräch. Die ersten 5G-Netze oberhalb von 6 GHzwerden voraussichtlich die Spektrumbereiche 28 GHz und 39 GHz nutzen. Die gesamte Branche muss lernen, wie sich Signale in den neu entwickelten Hochfrequenzbändern mit sehr großen Bandbreiten durch den Funkkanal ausbreiten. Channel Sounding ist das Verfahren, mit dem ein Funkkanal charakterisiert werden kann, indem der Funkübertragungsweg in seine einzelnen Mehrwege-Komponenten zerlegt wird. Diese Information ist entscheidend für die Entwicklung robuster Modulationsverfahren, um Daten über den 5G-Funkkanal zu übertragen.

Mobilfunknetzbetreiber, Forschungsinstitute, Universitäten und andere Branchenorganisationen haben zunächst umfassende Aktivitäten im Bereich Kanalmessung durchgeführt, um 5G-Kanalmodelle für Standardisierungsgremien wie 3GPP zu definieren. Es wurden zwar kürzlich verschiedene Kanalmodelle definiert. Dennoch werden die 5G-Channel Sounding-Kampagnen fortgeführt, da sich die Kanaleigenschaften bei höheren Frequenzen maßgeblich von den Eigenschaften bei herkömmlichen Frequenzen bis zu 6 GHz unterscheiden:

  • Aufgrund der wesentlich höheren Funkfelddämpfung ist im Millimeterwellenbereich eine hohe gerichtete Strahlformung erforderlich.
  • Die Sauerstoff- und Wasserstoffabsorption (z. B. Regen- oder Luftfeuchtigkeitsverlust) muss je nach Frequenzband berücksichtigt werden.
  • Die Kohärenzzeit eines Funkkanals ist wesentlich kürzer.
  • Die Dämpfung der meisten Hindernisse ist stärker (z. B. wirkt sich sogar fallendes Laub stark aus).
  • Auch spiegelnde Reflektionen treten bei Millimeterwellen häufiger auf.

Testlösungen für 5G NR Channel Sounding

Die Testlösung für das 5G-Channel Sounding von Rohde & Schwarz basiert auf der Impulskompressionsmethode. Der R&S®SMW200A Vektorsignalgenerator überträgt ein frequenzbandbegrenztes Channel Sounding-Signal mit der gewünschten Frequenz. Der Funkkanal modifiziert dieses Signal je nach der Umgebung, die Hindernisse, Reflektionen, Streuung, Sauerstoffabsorption und Bewegungen beinhalten kann. Der R&S®FSW Signal- und Spektrumanalysator empfängt und verarbeitet das Signal aus dem Kanal und gibt die resultierenden I/Q-Daten an die Datenanalysesoftware weiter. Die Software führt eine Korrelation für die empfangenen I/Q-Daten und das ursprünglich übertragene Signal durch, um die Kanalimpulsantwort abzuschätzen, die den Funkkanal beschreibt.

Die verwendeten 5G-Channel Sounding-Signale zeigen sehr gute Autokorrelationseigenschaften, woraus sich eine zusätzliche Verarbeitungsverstärkung ergibt. Dennoch kann diese Methode nur angewendet werden, wenn sowohl der Signalgenerator (Sender) als auch der Signalanalysator (Empfänger) über die erforderliche Bandbreitenleistung verfügen. Der R&S®SMW200A und der R&S®FSW bieten beide bis zu 2 GHz Bandbreite, womit eine hervorragende Echo-Zeitauflösung von bis zu 0,5 ns erzielt wird.

Die Channel-Sounding-Testlösung von Rohde & Schwarz ermöglicht eine direkte Messung der Kanalimpulsantwort (CIR) im Zeitbereich. Mit Hilfe eines Signalgenerators und Signalanalysators können schnelle CIR-Messungen über die gesamte Bandbreite durchgeführt werden. Diese Methode ist erheblich schneller und flexibler als ein Testaufbau auf Basis eines Netzwerkanalysators. Da der R&S®SMW200A und der R&S®FSW eine sehr hohe Referenzfrequenzstabilität bieten, können relative Leistungsverzögerungsprofilmessungen durchgeführt werden, ohne dass eine Synchronisierung erforderlich ist. Damit ist diese Testlösung ideal geeignet für 5G-Kanalmessungen im Außenbereich über größere Bereiche.

Der Channel-Sounding-Messaufbau von Rohde & Schwarz bietet dank der hohen Empfängerempfindlichkeit und dem eingebauten rauscharmen Leistungsverstärker des R&S®FSW einen einzigartigen Dynamikbereich. Die Verwendung spezieller Channel Sounding-Signale, welche die erreichbare Verarbeitungsverstärkung verbessern, ermöglichen eine weitere Vergrößerung des Dynamikbereichs.

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