Mobilfunk-Messtechnik
Was 5G-Messungen zur Herausforderung macht
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Neue Challenges für effektive Messungen
5G ist seinem Vorgänger in technischen Belangen überlegen, doch um das volle Potenzial des neuen Funkstandards nutzen zu können, bedarf es einer entsprechenden Infrastruktur. Deren Aufbau ist der nächste Schritt in Richtung großflächige Netzabdeckung. Umfangreiche Testmethoden und Messverfahren geben dabei Aufschluss über ideale Voraussetzungen zur Signalübertragung. Das ist für Hersteller, Betreiber und Anbieter mit einigen technologischen Herausforderungen verbunden. Die für das Beamforming eingesetzten Aktivantennen erfordern beispielsweise neue Testmethoden und -geräte, insbesondere in der Entwicklung. Um die interne Dämpfung zu minimieren, werden hochintegrierte Leiterplatten mit Antennen, Verstärkern und analogen Phasenschiebern benötigt. Deren Temperaturempfindlichkeit hat ebenfalls Auswirkungen auf die Übertragungsqualität und muss bei den Messungen berücksichtigt werden. Zudem sind keine HF-Anschlüsse für herkömmliche leitungsgebundene Messungen verfügbar. Die Messungen während der Entwicklung und Produktion erfolgen Over the Air (OTA).
Eine solche OTA-Messung erfordert eine minimale Distanz zwischen dem getesteten Gerät und der Antenne des Messsystems. Illustriert wird dieser Effekt durch den Fraunhofer-Abstand, der die Grenze zwischen Nahfeld und Fernfeld beschreibt. Messungen wie Modulationsqualität, Sendeleistung und Empfängerempfindlichkeit müssen im Fernfeld durchgeführt werden, in dem die Wellenausbreitung als ebene Welle beschrieben werden kann, was der Realität im Netzbetrieb entspricht. Der Fraunhofer-Abstand hängt von der Wellenlänge (Frequenz) und der Größe der Antennenapertur des zu testenden Gerätes ab und kann im 3,7-GHz-Frequenzbereich durchaus Schirmkammern von 10 m Länge und mehr erfordern. Um dieser Herausforderung zu begegnen, sind intelligente Lösungen notwendig wie zum Beispiel die Compact Antenna Test Range (CATR) Kammer von Rohde & Schwarz, die im Entwicklungslabor OTA-Messungen im Fernfeld ermöglichen.
Eine effektive Messung von 5G-Netzkomponenten und ganzen 5G-Netzen ist also schon rein technologisch ein anspruchsvolles Unterfangen. Betrachtet man die vielfältigen Einsatzgebiete wie zum Beispiel Remote Healthcare oder autonomes Fahren, dann ergeben sich zusätzlich noch weitere Aspekte wie ein effektiver Schutz vor unbefugtem Zugriff, eine verlässliche unterbrechungsfreie Übertragung, deterministisch geringe Latenz, Authentifizierung oder eine ausreichende Verschlüsselung. Um allen oben genannten Aspekten Rechnung zu tragen, arbeiten die Normungsgremien bereits an einer Definition für einheitliche Testmethoden und Messverfahren. Doch wer sich ein realistisches Bild davon machen möchte, wie die Performance beim Einsatz von neuen Frequenzen wie 3,7 GHz und Features wie Beamforming ausfällt, kommt um Feldversuche unter realistischen Bedingungen nicht herum. Denn nur Messungen, die im Zuge eines Testbetriebs durchgeführt werden, bilden das Netzwerkverhalten korrekt ab und beseitigen eventuelle Unsicherheiten vor dem Start eines kommerziellen Betriebs.
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