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Herausforderungen bei 5G Warum 5G leistungsstarke und günstige Messtechnik benötigt

5G ist heute in der ersten von drei Standardisierungsphasen eingeführt. Jede birgt Herausforderungen für die Messtechnik. Neben technischen Problemen wächst auch der Bedarf an erschwinglichem Equipment.

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5G gilt als „Enabler“-Technologie der kabellosen Digitalisierung
5G gilt als „Enabler“-Technologie der kabellosen Digitalisierung
(Bild: haiwei.com)

Die Standardisierung der ersten Phase von 5G enhanced Mobile Broadband, kurz eMBB, wurde Mitte 2019 finalisiert. Damit konnte die Entwicklung entsprechender Hard- und Software beginnen. Heute sind bereits erste 5G-Hotspots in einigen Städten implementiert. Phase zwei, Release 16, soll Mitte 2020 fertig definiert sein. Neben Ergänzungen der in Phase 1 definierten Standards, sollen damit die Weichen für kritische Systemkommunikation (critical Machine-Type Communication cMTC) gestellt werden. Hohe Verfügbarkeit und geringe Latenzzeiten stehen im Fokus. Im letzten Schritt (Release 17) wird die Schnittstelle für die Einbindung von zig-Millionen Geräten geschaffen, der massive Machine-Type Communication. Diese gilt als Wegbereiter für Einsatzbereiche wie Smart Cities und Smart Logistics.

Neue Anforderungen durch 5G für die Messtechnik

Die Anzahl der Anwendungsbereiche scheint unbegrenzt
Die Anzahl der Anwendungsbereiche scheint unbegrenzt
(Bild: nipic.com)

Mit jeder Phase von 5G werden zusätzliche Anwendungen ermöglicht oder können existierende verbessert werden. Durch die neuen Spezifikationen entstehen neue Anforderungen für Entwickler. Dies wiederum verändert die Anforderungen an die Messtechnik. Neben dem Sub-6-GHz Band (FR1) sind in den 5G-Spezifikationen auch Frequenzen über 24 GHz (FR2) allokiert. Dies bedingt ebenfalls spezielles Knowhow und Messtechnik.

Für die Phase 1, eMBB, wird zum Testen von Transceivern z.B. Equipment benötigt, das Signale mit hohen Modulationsbandbreiten analysieren und erzeugen kann. Durch massives MIMO (mMIMO) erhöht sich die Anzahl der Antennen erheblich. Diese werden auf Chips integriert, wodurch eine einfache Anbindung an die Messtechnik nicht möglich ist. Filter und Verstärker im Frontend müssen im Hinblick auf die veränderten Anforderungen getestet werden. Typische verwendete Instrumente sind Spektrum-Analysatoren, HF-Signalgeneratoren und Netzwerkanalysatoren, wie Siglent sie auch für allgemeine Aufgaben anbietet. Der kürzlich neu eingeführte 6-GHz HF-Generator mit Vektorsignalerzeugung (SSG5000X-V) mit bis zu 150 MHz HF-Modulationsbandbreite kann dank seines leistungsstarken Arbiträr-(HF-) Modus sehr flexibel zur Erzeugung von den, für die 5G-Entwicklung benötigten, breitbandig modulierten Signalen eingesetzt werden.

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Release 16: Zuverlässigkeit, Latenz, Abdeckung

In Release 16 werden die technischen Voraussetzungen für Anwendungen in Bereichen wie Wireless-Industriesteuerungen und autonomes Fahren geschaffen. Hier bleibt der Datendurchsatz wichtig, jedoch geht es nicht mehr um GByte/s.

Zentrale Anforderung sind eine hohe Zuverlässigkeit, kurze Latenzzeiten und eine weitreichende Abdeckung. Messtechnisch muss neben den Messungen rund um die Luftschnittstelle und Signalerzeugung auch die Unempfindlichkeit gegen Störungen verifiziert werden. Dies erfolgt mittels definierter Störszenarien und Analyse der Empfangsdaten. Eine lückenlose Erfassung mit einem Echtzeit-Spektrumanalysator wie dem Siglent SSA3000X-R und zeitlich synchronisiert mit einem HF-Signalgenerator kann bei der Bestimmung der Latenzzeiten ein hilfreiches Werkzeug sein.

Messtechnik für 5G-IoT: Preis-Leistungsverhältnis rückt in den Fokus

Für den „Massenmarkt“ 5G-IoT treten die technischen Anforderungen etwas in den Hintergrund. Hier ist die kritische Aufgabe: Wie bringt man zig Millionen Geräte mit kleinem Datendurchsatz ins Netz ohne dieses zu überlasten? Aus Sicht der Messtechnik werden bei den Infrastrukturherstellern weniger messtechnische Herausforderungen auftauchen als in den vorherigen Phasen. Es ist im Anwendungsbereich IoT heute schon zu sehen, dass unzählige kleine und mittlere Firmen Wireless-Anbindungen in ihre Produkte einbauen, mit steigender Tendenz, speziell in Bereichen wie der Medizintechnik oder Consumer-Elektronik, aber auch für Anwendungen in Logistik oder Flottenmanagement. Insgesamt wird es hier wahrscheinlich um die Funktionsüberprüfung und Verifikation der Standardkonformität gehen. Das Preis-Leistungsverhältnis rückt damit vermehrt in den Fokus, da bei kleineren und mittelgroßen Firmen das Budget für Messtechnik geringer ist als bei großen Konzernen. Siglent mit seinem aktuellen Angebot kann für solche Unternehmen eine gute Alternative sein. Ein Beispiel hierfür ist die SVA1000X Serie, ein Hybrid-Gerät aus Spektrum- und vektoriellem Netzwerkanalysator. Zusammen mit der Option Vektor-Signalanalyse eignet es sich hervorragend für verschiedenen Aufgaben, wie Impedanz- bzw. Antennenanpassung, Signalanalyse oder auch EMV Pre-Compliance Messungen. Der Preis der 3.2GHz Version incl. VNA und VSA liegt unter 3500.- € (zzgl. MwSt.)

Abschließend lässt sich festhalten, dass mit den unterschiedlichen Stufen der Einführung von 5G viele neue Herausforderungen für Entwickler entstehen. Durch ihre Bewältigung wird es möglich sein, eine Reihe von Anwendungsgebieten digital zu erschließen und eine Effizienzsteigerung zu erreichen. Siglent steuert mit leistungsstarker und erschwinglicher Messtechnik seinen Teil dazu bei.

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