Koexistenz von 5G- und Satellitendiensten im C-Band

In den USA und Europa werden Frequenzzuweisungspläne diskutiert, die das untere C-Band für 5G-Anwendungen öffnen sollen. In diesem zusammenhängenden Teil des Spektrums ist für 5G eine größere Bandbreite verfügbar als in den herkömmlichen unteren Mobilfunk-Frequenzbändern – jedoch wird das C-Band bereits für Satelliten-Downlinks zu den Erdfunkstellen (Satellite Earth Stations, SES) genutzt.

Die Zuordnung der Frequenzen wird auf nationaler Ebene entschieden. Daher ist die geplante Frequenznutzung am Beispiel Deutschlands und der USA dargestellt. (GSA, 2019).
Die Zuordnung der Frequenzen wird auf nationaler Ebene entschieden. Daher ist die geplante Frequenznutzung am Beispiel Deutschlands und der USA dargestellt. (GSA, 2019).
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Hintergrund

Das C-Band ermöglicht die Versorgung ganzer Kontinentalzonen und ist dem festen Funkdienst über Satelliten (Fixed-Satellite Service, FSS) zugewiesen. Für den Downlink sind in den USA die Frequenzen von 3,7 GHz bis 4,2 GHz und in Europa von 3,4 GHz bis 4,2 GHz vorgesehen. Das C-Band ist ideal zur Unterstützung von Telekommunikations- und Rundfunkdiensten in ländlichen und marinen Gebieten, in denen die terrestrische Infrastruktur dürftig oder nicht-existent ist. Ein weiterer Vorteil des C-Bandes ist seine geringe Anfälligkeit für Regen, welche die Nutzung für stabile Verbindungen in tropischen Regionen erlaubt. Darüber hinaus spielen Dienste im C-Band bei Notfällen und in Katastrophenszenarien eine wichtige Rolle. Die Nutzung eines Frequenzspektrums (siehe Abbildung 1) zusammen mit anderen Parteien bedingt jedoch Störungen (siehe Abbildung 2) der bestehenden Dienste. Im Downlink können die rauscharmen Signalumsetzer (Low Noise Blocks, LNB) aufgrund von Interferenzen in einen Sättigungszustand geraten. In den bestehenden Empfangssystemen von festen und mobilen Bodenstationen lassen sich keine Filter einsetzen. Das Empfangssignal, das über die 36.000 km von der geostationären Umlaufbahn bis zur Erde gedämpft wurde, ist bereits schwach und wäre dann nicht mehr erfassbar. Während gesetzliche Grenzwerte eine allgemeine Richtschnur für die Planung eines Mobilfunknetzes geben, ist durch deren Einhaltung noch nicht sichergestellt, dass sich die Wellen nicht weiter ausbreiten als vorhergesagt.

Potentielles Störungsszenario
Potentielles Störungsszenario
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Ihre Anforderung

Zur Sicherstellung einer problemfreien Koexistenz von 5G- und Satellitendiensten im C-Band müssen Störungsszenarien auf Komponenten- und Systemebene getestet werden, um die Leistungsgrenzen zu ermitteln. Aus regulatorischen Gründen müssen die äquivalente isotrope Strahlungsleistung (EIRP) benachbarter Stationen definiert und mögliche Nebenband-Aussendungen ermittelt werden. Für aktive Antennensysteme, wie sie bei 5G verwendet werden, wird anstelle der EIRP, die bei älteren Basisstationen als Kennzahl dient, die gesamte abgestrahlte HF-Leistung (Transmitted Radiated Power, TRP) verwendet.

Lösung von Rohde & Schwarz

Koexistenzszenarien auf der Bitübertragungsschicht

Um komplexe Störungsszenarien im Labor zu simulieren, ist der R&S®SMW200A Vektorsignalgenerator die ideale Lösung. Er verfügt bereits über eine Reihe vordefinierter 5G-Signalformen, und weitere 5G New Radio-Signalformen können erstellt werden. Typischerweise wird als Satellitensignal ein DVB-S2-Signal verwendet, das mit dem R&S®SMW200A erzeugt werden kann. Neben der Erzeugung des On-Board-5G- und Satellitensignals ermöglicht die R&S®WinIQSIM2™ Simulationssoftware die Erstellung solcher Signale am PC. Diese erstellten Signale können dann vom PC an den R&S®SMW200A als Zielgerät übertragen werden. Durch seine zwei HF-Pfade eignet sich der R&S®SMW200A Signalgenerator ideal zur gleichzeitigen Erzeugung des Satellitensignals neben dem 5G-Signal. Dieser Messaufbau kann verwendet werden, um ein Messobjekt anzuregen und den Einfluss des 5G-Signals auf den DVB-S2-Empfang zu simulieren. Der R&S®SMW200A ist auch für andere Satellitensignalformen, die mit Hilfe des integrierten Arbiträrgenerators erzeugt werden können, die ideale Wahl. Verschiedene Rauscharten und Fading können mühelos hinzugefügt werden.

Der Einfluss des 5G-Signals auf das DVB-S2-Signal kann auf verschiedene Weise analysiert werden.
Der Einfluss des 5G-Signals auf das DVB-S2-Signal kann auf verschiedene Weise analysiert werden.
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Simulation der Auswirkungen auf ein Live-DVB-S2-Signal

Wenn Sie einen Spezialisten für die Generierung von Rundfunksignalen in Echtzeit benötigen, finden Sie im R&S®BTC Broadcast Test Center das richtige Produkt. Entweder kann ein Live-MPEG-2-Transportstrom von einer externen Quelle in dieses Gerät eingespeist werden, oder der interne Transportstromgenerator kann zum Abspielen von Live-Inhalten verwendet werden, die dann nach dem DVB-S2-Standard moduliert werden. Dieses DVB-S2-Signal mit Video- oder Dateninhalten ist durch Modems decodierbar. Darüber hinaus können dem erwünschten DVB-S2-Signal Störsignale hinzugefügt werden. Die erwünschten und unerwünschten Signale werden entweder intern auf der I/Q-Ebene oder extern auf der HF-Ebene kombiniert. Mit beiden Signalgeneratoren zusammen – dem R&S®SMW200A und dem R&S®BTC – stehen zwei Experten bereit: der R&S®SMW200A als Spezialist für 5G-Signale und der R&S®BTC als Spezialist für die Bereitstellung von DVB-S2-Rundfunksignalen mit Live-Inhalten.

Analyse von Spektrum- und Nebenband-Aussendungen

Der R&S®FSW Highend-Spektrumanalysator ist die richtige Wahl, wenn 5G- und Satellitensignale demoduliert und die Auswirkungen auf entweder eines der Signale oder auf beide umfassend analysiert werden sollen. Das Gerät bietet Spektrumsmasken, die verwendet werden können, um die HF-Signale zu messen und sicherzustellen, dass diese den definierten Spektrum- und Nebenband-Aussendungen entsprechen. Abbildung 3 zeigt DVB-S2- und 5G-Signale, die mit dem R&S®FSW gemessen wurden.

Ausblick

Eine Reihe von Frequenzen oberhalb von 6 GHz sind für 5G von Interesse. Es wird erwartet, dass 5G-Koexistenzszenarien in den Satellitenbändern Ka, Q und V eine Rolle spielen werden. Die Geräte von Rohde & Schwarz unterstützen bereits die relevanten Frequenzbänder und Übertragungstechnologien.

Fazit

Dank der Vielzahl verfügbarer Geräte und Technologien kann die Koexistenz von 5G- und Satellitensignalen einfach simuliert und getestet werden. Dadurch sparen Regulierungsbehörden, Satellitennetzwerk-Diensteanbieter und Telekommunikationsingenieure viel Zeit, sodass sie sich auf das wesentliche konzentrieren können: gründliche Tests der Empfangsanlagen, Basisstationen und Komponenten. Rohde & Schwarz macht die Simulation komplexer Koexistenzszenarien schneller und einfacher als je zuvor.

Vorteile

  • Schnelle und einfache Einrichtung komplexer Störungsszenarien
  • Abdeckung des gesamten C-Bands mit dem R&S®SMW200A
  • Benutzerdefinierbare Störungsszenarien mit höchster Flexibilität auf dem R&S®SMW200A
  • Einzigartige R&S®BTC Lösung für die Echtzeit- Übertragung von Video- und Dateninhalten mit DVB-S2/S2X
  • Bereit für zukünftige Koexistenz- und Störsignal-Testanforderungen