Channel Sounding für 5G

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

Das in verschiedenen Forschungsprojekten diskutierte Spektrum reicht von 6 GHz bis zu mehr als 60 GHz. Die gesamte Branche muss lernen, wie sich Signale in den zukünftig genutzten Hochfrequenzbändern mit sehr großen Bandbreiten durch den Funkkanal ausbreiten. Channel Sounding ist ein 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 Kanal zu übertragen.

Derzeit beschäftigen sich etliche Studien zu Kanalmessungen mit spezifischen Frequenzbändern und spezifischen Umgebungen, die Branche ist jedoch noch weit davon entfernt, Kanalmodelle mit Frequenzen weit über 6 GHz definieren zu können. Aus diesem Grund betreiben unter anderem Mobilfunknetzbetreiber, Forschungsinstitute und Universitäten umfassende Aktivitäten im Bereich der Kanalmessung, um Kanalmodelle für Standardisierungsgremien wie 3GPP zu definieren.

Man erwartet, dass sich die Kanaleigenschaften bei höheren Frequenzen maßgeblich von den Eigenschaften bei herkömmlichen Frequenzen bis zu 6 GHz unterscheiden:

  • Die Funkfelddämpfung ist wesentlich höher, sodass im Millimeterwellenbereich eine hohe gerichtete Strahlformung erforderlich ist.
  • Für bestimmte Bänder unter 70 GHz und über 100 GHz sowie oberhalb eines Bereichs von 200 m müssen die Sauerstoff- und Wasserstoffabsorption (z. B. Regen- oder Luftfeuchtigkeitsverlust) berücksichtigt werden.
  • Die Zeitselektivität von Funkkanälen ist viel schneller, sodass TDD-Technologien zu bevorzugen sind.
  • Die Dämpfung der meisten Hindernisse ist stärker, z. B. sogar durch fallendes Laub, aber auch Reflexionen.
  • Es können nicht immer Sichtverbindungsbedingungen (LOS) sichergestellt werden, deshalb ist eine Kommunikation mit Nicht-Sichtverbindung (NLOS) wichtig (und möglich).

Die Testlösung für das Channel Sounding von Rohde & Schwarz basiert auf der Impulskompressionsmethode. Der R&S®SMW200A Vektorsignalgenerator überträgt ein frequenzbandbegrenztes Signal in einen Kanal. 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 Autokorrelation für die empfangenen I/Q-Daten und das ursprünglich übertragene Signal durch.

Das übertragene frequenzbandbegrenzte Signal basiert auf einer Pseudo-Rausch-Sequenz maximaler Länge (M-Sequenz). Dies führt zu einem DSSS-Signal (Direct Sequence Spread Spectrum), das eine zusätzliche Verarbeitungsverstärkung bietet. Der Dynamikbereich des Messaufbaus wird maßgeblich vergrößert, was auch für die Autokorrelationsfunktion von Vorteil ist. Diese Methode kann nur angewendet werden, wenn sowohl der Erzeuger (Sender) als auch der Analysator (Empfänger) über die erforderliche Bandbreitenleistung verfügen. Sowohl der R&S®SMW200A als auch der R&S®FSW bieten bis zu 2 GHz Bandbreite, womit eine hervorragende Zeitauflösung von Echos von bis zu 0,5 ns erzielt wird.

Die Channel-Sounding-Testlösung von Rohde & Schwarz ermöglicht eine direkte Messung der Kanalimpulsantwort (CIR) im Zeitbereich. Der Einsatz separater Instrumente gestattet schnelle CIR-Messungen über die gesamte Bandbreite, was sehr viel schneller als ein auf einem Netzwerkanalysator basierender Messaufbau ist. Der R&S®SMW200A und der R&S®FSW bieten eine sehr hohe Referenzfrequenzstabilität, sodass Leistungsverzögerungsprofilmessungen durchgeführt werden können, ohne dass eine Synchronisierung erforderlich ist. Damit ist diese Testlösung ideal geeignet für Kanalmessungen im Außenbereich über einen weiteren Bereich.

Der Channel-Sounding-Messaufbau von Rohde & Schwarz bietet dank der hohen Empfängerempfindlichkeit und dem eingebauten rauscharmen Leistungsverstärker des R&S®FSW ebenso wie aufgrund der Verarbeitungsverstärkung des DSSS-Verfahrens (Direct Sequence Spread Spectrum) für das Channel Sounding einen einzigartigen Dynamikbereich.

Rohde & Schwarz hat diese Channel-Sounding-Lösung in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer HHI erfolgreich bei der NGMN Industry Conference & Exhibition vorgestellt.

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