Wie sich flexibel Signale für 5G erzeugen und analysieren lassen

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DMB RGB Quadrat Online.jpg (DMB Technics AG)

Ergänzend zur Kooperation mit Chipherstellern und Systemanbietern hat Verizon Wireless Partnerschaften mit den Netzbetreibern Korean Telecom (KT) und South Korea Telecom (SKT) sowie der japanischen NTT DoCoMo gebildet. Die so entstandene 5G Open Trial Alliance will den 5G-Probebetrieb harmonisieren: Es sollen zunächst die Spezifikationen für die PHY/MAC/RLC-Schichten geklärt werden und erst zu einem späteren Zeitpunkt diejenigen für die RRC-Schicht.

Die von den Netzbetreibern formulierten Anwendungsfälle erfordern Non-Standalone- und Standalone-Versionen (NSA/SA) von NR. NSA wird die LTE-Steuerebene für die Signalisierung nutzen, vollständige Mobilität ermöglichen und die Anforderungen der koreanischen und japanischen Betreiber für den 5G-Testbetrieb bei den nächsten Olympischen Spielen erfüllen. Die SA-Version wird sich für Steuerinformationen sowie die Datenübertragung ausschließlich auf den 5G-NR-Träger stützen.

Die Arbeitsgruppe RAN1 des 3GPP, zuständig die für die Definition der Bitübertragungsschicht, hat die Eckwerte für 5G NR hinsichtlich Unterträgerabstand und Skalierungsfaktoren festgelegt. Eine Skalierung ist aufgrund der Auswirkungen des Phasenrauschens bei höheren Frequenzen erforderlich, die eine stärkere Frequenztrennung und einen größeren Unterträgerabstand erzwingen. Zur Analyse verwendet die RAN1-Gruppe drei verschiedene Phasenrauschmodelle bei 25, 39 und 70 GHz, um die Performance während Link-Level-Simulationen zu bestimmen [3].

Die Arbeitshypothese ist eine Fortsetzung der Unterträgerskalierung mit einer Basisfrequenz von f₀ und einem Skalierungsfaktor von 2^m. Für die Abwärtskompatibilität wurden 15 kHz als Basisfrequenz gewählt. Der Exponent m kann die Werte {-2, 0, 1 bis 5} annehmen, sodass Unterträgerabstände von 3,75 kHz und 15 kHz, 30 kHz bis 480 kHz in Betracht kommen. Auf Grundlage dieser Vereinbarung unterstützt 3GPP RAN1 keinen Unterträgerabstand von 75 kHz, im Widerspruch zur 5G-Spezifikation von Verizon Wireless.

Konsequenzen für die 5G-Signalerzeugung und -analyse

Spektrumanalysatoren müssen beispielsweise auf Frequenzen bis zu 71 GHz und darüber hinaus ausgelegt sein. Sie müssen ferner mit zahlreichen verschiedenen Varianten zurechtkommen und eine große Analysebandbreite bieten. Genauso müssen auch Signalgeneratoren auf hohe Frequenzen ausgelegt und erweiterbar sein.

Frequenzvarianten wie 43,5 GHz und 67 GHz bis hin zu 85 GHz bietet Rohde & Schwarz mit dem R&S FSW Signal- und Spektrumanalysator. Kürzlich hat Rohde & Schwarz eine neue Hardware-Option vorgestellt, welche die interne Analysebandbreite auf 1,2 GHz erhöht.

Weiterhin kann die Analysebandbreite auf bis zu 2 GHz erweitert werden, indem das R&S RTO2044 Digital-Oszilloskop als externer Digitalisierer eingesetzt wird. Mit einem Vektorsignalgenerator des Herstellers Rohde & Schwarz kann der Nutzer mit einem Gerät Frequenzen bis zu 40 GHz erzeugen, und das mit einer internen Modulationsbandbreite von bis zu 2 GHz. Der Frequenzbereich lässt sich mit einem Aufwärtsmischer erweitern.

Er unterstützt Frequenzen zwischen 57 und 66 GHz. Außerdem müssen die Signalgeneratoren flexibel sein, um Tests verschiedener Signalformen zu ermöglichen. Zu den Kandidaten der 5G-Signalformen gehören UFMC, FBMC, GFDM und f-OFDM. Das Modell R&S SMW200A bietet eine Softwareoption, um eine entsprechende Signalerzeugung zu ermöglichen. Eine Erweiterung mit der R&S FS-K96 OFDM-Vektorsignalanalysesoftware ermöglicht die Analyse generischer Signale auf OFDM-Basis sowie anderer relevanter Signalformkandidaten wie GFDM und UFMC.

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