Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS
Hardware-Architektur der FR2-Plattform
Test-Plattform für den mm-Wellenbereich (FR2-Plattform)
13. September 2022 | Norbert Franke, Bhavanithya Thiraviaraja, Markus Landmann und Michael Schubert im Interview
Wie kann man die mm-Wellen-Plattform des Fraunhofer IIS beschreiben?
Die Plattform setzt eine Konfiguration des 3GPP Physical Layer für 5G-mm-Welle (FR2) um und ist als ein skalierbares Konzept ausgeführt, das auf RF-System-On-Chips (Xilinx) basiert. Arrayantennen können aus einem Portfolio verschiedener Antennenkonzepte (für das Band bei 28 GHz oder breitbandig für die beiden Bänder bei 28/40 GHz bzw. 18-43 GHz) je nach Einsatzweck ausgewählt werden und sind über im Haus entwickelte HF-Ketten mit der Signalverarbeitung verbunden. Die IIS-eigene Implementierung der Firmware umfasst die Generierung und den Empfang von 400 MHz breiten OFDM-Trägersignalen. Dazu sind u.a. verschiedene Referenzsignale implementiert und Nutzdaten können zur Übertragung eingespeist werden. Im Empfänger steht Signalverarbeitung zur Synchronisation, zum MIMO-Empfang, zur Kanalentzerrung, MIMO CSI Reporting, zur Extraktion der Nutzdaten und für Lokalisierung zur Verfügung.
Welche Messkampagnen können wir mit der FR2-Plattform möglich machen?
Mit unserer 5G-FR2-Plattform können wir unseren Kunden und Partnern ermöglichen, Tests verschiedener 5G-Anwendungen im neuen mm-Frequenzband durchzuführen und die speziellen Eigenschaften dort auch quantitativ erfahrbar zu machen. Z. B. können breitbandige Übertragungen mit hoher Datenrate mit verschiedenen Antennenkonzepten und MIMO-Schemata erfolgen oder cm-genaue Entfernungsmessungen mit Hilfe von breitbandigen Positionsreferenzsignalen demonstriert werden. Dabei steht ein breites Portfolio von FR2-Antennentypen bereit, u.a. Beamforming- und Sectorized-Array-Antennen. Damit kann für jedes Szenario und jeden Einsatzzweck die jeweils beste Variante aus Sicht verschiedener Key Performance Indicators wie SINR-Maximierung und Energieeffizienz (Minimierung des Stromverbrauchs zur Reduktion des CO2-Footprints) gewählt werden. Mit kalibrierten Antennen stellt die FR2-Plattform außerdem eine Möglichkeit für mobile richtungsaufgelöste Funkkanalmessungen in Raum, Zeit und Frequenz dar (Channel Sounding). Kunden können also für ihre spezielle Funkumgebung die tatsächlichen Ausbreitungseigenschaften in allen Dimensionen bestimmen lassen.
Wer kann von der Plattform profitieren?
Im Moment alle Kunden, die an Antworten auf prinzipielle und praktische Fragen zum Thema mm-Welle interessiert sind, da die Plattform zum jetzigen Zeitpunkt Messungen »over-the-air« ermöglicht. Somit ist die FR2-Plattform vor allem für diejenigen Anwender, die schon jetzt das Potential von mm-Welle in ihrem konkreten Einsatzfall ausloten wollen, interessant. Aber auch unsere Partner im wissenschaftlichen Bereich profitieren von diesem Angebot. Die hauseigene Firmware kann flexibel auf verschiedene Mess- und Forschungsfragen angepasst werden kann.
Wann ist die Plattform verfügbar?
Die Plattform wird schon heute für eigene Messungen im Millimeterwellen-Frequenzband eingesetzt. In Projekten zur Untersuchung der Nachhaltigkeit von Mobilfunknetzen wird sie als Modell zur Analyse und Optimierung der Energieaufnahme genutzt. Außerdem dient sie zur Untersuchung und Entwicklung neuer Funktionen der Physikalischen Schicht von 5G- & 6G-Netzen. Gemeinsam mit unseren Kunden und Partnern können jederzeit Projekte mit neuer Aufgabenstellung definiert und durchgeführt werden.
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