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8-2020

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik

Messtechnik Downconverter erweitert bestehendes Test-Equipment für 5G Für Hersteller von HF-Bauteilen, -Geräten und -Systemen bietet 5G eine riesige Gelegenheit, neue Märkte zu besetzen. Um entsprechende Spektrumanalysegeräte für Test und Messung kommen sie dabei nicht herum. Quelle: Whitepaper: Extending Existing Spectrum Analysis Equipment into 5G Wireless. Why RF Equipment Providers Should Integrate with a Third- Party RF Downconverter, ThinkRF, www.thinkrf.com übersetzt und gekürzt von FS In diesem Artikel werden die Signale und Frequenzbänder vorgestellt, die 5G Wireless benutzt und es wird erklärt, warum diese einen Bedarf für neue Spektrumanalyselösungen geschaffen haben. Es folgt eine Diskussion der Herausforderungen, denen Mobilfunkbetreiber beim Bereitstellen von 5G-Netzwerken gegenüberstellen und es wird gezeigt, wie sie ihre bestehende Messtechnik entsprechend anpassen können. Wenn Analysatoren für 3G/4G/LTE bereits vorhanden sind, lassen sie sich mit einem HF-Abwärtswandler auf die Frequenzen für 5G erweitern. Schließlich werden die Vorteile der Arbeit mit einem HF-Downconverter eines Drittanbieters zum Bau eines völlig neuen Produkts gezeigt. Notwendigkeit einer erhöhten HF-Performance Bestehende 3G/4G/LTE-Netze verwenden eine begrenzte Anzahl relativ niederfrequenter Signale. Diese liegen typischerweise zwischen 450 MHz und 3,7 GHz und in der Praxis in nur wenigen Bändern. Die meisten HF- und Spektrumanalysegeräte wiederum sind so entwickelt, um genau dafür verwendet zu werden. Durch jahrelange Tests und Verwendung dieser Standards werden sie gut verstanden und haben sich in verschiedenen Umgebungen bewährt. 5G stellt eine signifikante Änderung demgegenüber dar. Anstatt auf eine kleine Anzahl von Frequenzbändern beschränkt zu sein, verwenden 5G-Bereitstellungen Signale ab 2 GHz und bis über 30 GHz, wobei zukünftige Bereitstellungen im Millimeterwellenbereich bis zu 90 GHz gehen könnten. Hinzu kommt, dass die Bereitstellung von 5G-Netzwerken nicht linear oder universell sein wird. Die weltweite 5G-Abdeckung benötigt noch viele Jahre. In der Zwischenzeit werden 4Gund 5G-Netze nebeneinander existieren. Dies bedeutet, dass sich die Anforderungen für HF-Technik- Hersteller dramatisch verändern. Es sind Signale zu erfassen, deren Frequenzen weit über dem liegen, was traditionell erforderlich war. Diese Ausrüstung muss zudem flexibel und in der Lage sein, schnell zwischen verschiedenen Signalstandards und Frequenzen zu wechseln, bei Anpassung an die verwendeten größeren Bandbreiten von 5G. Und Mobilfunkbetreiber müssen in der Lage sein, die neuen Lösungen schnell und kostengünstig bereitzustellen, um im Wettbewerb zu bestehen. Welche Signale kommen für 5G in Betracht? Das 3GPP hat die Entwicklung der Standards für 5G abgeschlossen, obwohl noch technische Details zu klären sind. Die erste Vereinbarung war der Non-Standalone-Standard zur Nutzung vorhandener LTE-Infrastruktur für neuere Implementierungen. Der zweite ist der Standalone- Standard namens 5G New Radio (5G NR). Dieser wird aber eine neue Infrastruktur erfordern. Die Tabelle 1 zeigt die Aufschlüsselung der Hauptfrequenzen für die Verwendung von 5G-Netzen. FR1 wird wahrscheinlich mehr für erste Implementierungen verwendet. Einige Marktteilnehmer stellen bereits Netzwerke bereit, die auf FR2-Standards basieren. Die FCC hat sich ebenfalls für das Spektrum von 64 bis 71 GHz für zukünftige Aktivitäten geöffnet. Über diese Standards hinaus setzt 5G im Allgemeinen auf drei verschiedene Bänder: Low- Band, Mid-Band und High- Band. Nur dadurch wird das Erreichen einer weiten Abdeckung und die Unterstützung aller Nutzungsfälle sichergestellt. Low-Band Das Low-Band-Spektrum (unter 2 GHz) konzentrierte sich hauptsächlich auf die Abschnitte 470...512 MHz (T-Band) sowie 1300...1350 MHz, 1780...1830 MHz und 1675...1695 MHz. Die Eigenschaften dieser Signale werden bereits gut verstanden, und Mobilfunkbetreiber können vorhandene Infrastruktur für den Übergang zu 5G nutzen. Diese Signale machen eine gute Figur, wenn es um die Abdeckung und Mobilität in ländlichen Gebieten geht und sie sind wertvoll für Anwendungen mit geringer Bandbreite, wie Internet der Dinge (IoT) und massive Maschinentypkommunikation (mMTC). Mit 5G steigt die Anzahl der Geräte, die hier ihre Verbindung zum Netzwerk herstellen können, dramatisch an. Bei Low-Band-Signalen 28 hf-praxis 8/2020

Messtechnik Band Frequency (MHz) Type FR1 450 – 6000 Sub-6 GHz FR2 24250 – 52600 mm-Wave Tabelle 1: Hauptfrequenzen für die Verwendung von 5G-Netzen werden die Datengeschwindigkeiten höchstens rund 100 Mbit/s erreichen. Mid-Band Mid-Band-Signale haben im Allgemeinen Frequenzen zwischen 2 und 6 GHz. Globale 5G-Bereitstellungen werden wahrscheinlich auf diesen Bänder konzentriert sein. Ausbreitung und mögliche Datengeschwindigkeit machen sie ideal für alltägliche Anwendungen und Bereitstellungen in Vorstadtund Stadtgebieten, in denen enge Abdeckung und hohe Zuverlässigkeit wichtiger sind als ultrahohe Geschwindigkeiten. Mid- Band-Ressourcen für 5G ziehen die Bereiche 3,45...3,55 GHz und 3,7...4,2 GHz (C-Band) in Betracht für eine möglichst mobile Breitbandnutzung und 5,925...6,425 GHz sowie 6,425...7,125 GHz für mehr Flexibilität. Weitere Möglichkeiten sind 2,7...2,9, 2,9...3,11, 3,45...3,55 und 4,94...4,99 GHz. Mid-Band-Bereitstellungen verwenden normalerweise eine kleinere Anzahl von Makro- Basisstationen im Gegensatz zu einer größeren Anzahl kleiner Zellen zur Unterstützung von mmW-5G-Bereitstellungen. Diese sind für Mobilfunkbetreiber über größere geografische Gebiete einfacher zu implementieren. Signifikante Verbesserung Das Mid-Band-Spektrum verspricht Geschwindigkeiten von bis zu 1 Gbit/s, was eine signifikante Verbesserung gegenüber den aktuellen Geschwindigkeiten darstellt, aber nicht das Niveau von noch höheren Frequenzen erreicht. High-Band Das High-Band-Spektrum umfasst alles über 6 GHz einschließlich den mmW über 24 GHz. Bei diesen Frequenzen werden hauptsächlich Verbesserungen in Geschwindigkeit, Bandbreite und Latenz durch 5G Wireless erreicht. Spitzengeschwindigkeiten bis zu 10 Gbit/s und eine Latenzverbesserung von derzeit 25...40 ms auf ca. 1 ms werden möglich. Je höher jedoch die Frequenz, umso kürzer wird sukezessive die Reichweite eines Signals. hf-praxis 8/2020 29

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