Machbarkeitsbeweis für Funkschnittstelle nach 3GPP Release 17 IIS und UniBw M testen 5G per GEO-Satellit

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Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS

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3GPP Release 17 spezifiziert Features für 5G in Non Terrestrial Networks (NTN). Einige der geplanten Erweiterungen wurden jetzt erfolgreich getestet – vom Forschungszentrum SPACE der Universität der Bundeswehr München und dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS.

Vom Handy in der Hand, über die Basisstation am Boden, zum geostationären Satelliten in 38.000 Kilometer Höhe – und wieder zurück. Mit 3GPP Release 17 sollen solche bidirektionalen 5G-Verbindungen funktionieren, die sich weit von der Erde entfernen. Die Machbarkeit entsprechender nicht-terrestrischer Netze (NTN) will das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS (Fraunhofer IIS) jetzt gemeinsam mit Forschungszentrum SPACE der Universität der Bundeswehr München (UniBw M) unter Beweis gestellt haben.

Laut einer vom Fraunhofer IIS verschickten Mitteilung wurden für die Übertragungen je zehn Megahertz Bandbreite für Up- und Downlink genutzt. Die gemessenen Umlaufzeiten des Signals lagen zwischen 530 und 570 Millisekunden.

Versuchsaufbau mit SDR und angepasster Laufzeitkompensation

Beim initialen Aufbau einer Verbindung vom Endgerät (User Equipment, UE) zur 5G-Basisstation (gNodeB, gNB) wurde ein speziell angepasstes Random-Access-Verfahren eingesetzt. Nach erfolgreichem Verbindungsaufbau seien die 5G-Signale im Up- und Downlink gesendet und mit zwei verschiedenen Modulationsverfahren – QPSK und 16-QAM – dekodiert worden.

Getestet wurde darüber hinaus ein an Satelliten angepasstes Verfahren für die Laufzeitkompensation (Timing Advance). Damit konnte die Synchronisation zwischen Endgerät und Basisstation reibungslos umgesetzt werden.

Als Basisstation respektive Endgeräte für 5G dienten vollständig Software-definierte Lösungen. Die basierten auf OpenAirInterface (OAI) – einer Open-Source-Implementierung des Protokollstacks für 5G New Radio. Das Fraunhofer IIS hat nach eigenem Bekunden ausgewählte Features der 5G-NR-Wellenform und Anpassungen für die Satellitenkommunikation zu OAI beigetragen.

Ausblick und Förderungen

Satellitengestützte 5G-Dienste könnten dazu beitragen, die globale Konnektivität zu verbessern. Die nun bekannt gegebene Over-the-Air-Demonstration wurde laut Fraunhofer IIS im Rahmen des Programms »5G Meteors« durchgeführt – einem ARTES MakerSpace für 5G und Satellitenkommunikation, der von der Europäischen Weltraumorganisation ESA gefördert werde.

Für die Demo maßgebliche Implementierungen des 5G-Protokollstacks wurden im Rahmen des Projekts 5G-ALLSTAR durch das Programm Horizon 2020 EU-Korea der Europäischen Union gefördert.

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