5G NR-Erweiterungen erfolgreich über einen GEO-Satelliten getestet

Zum ersten Mal wurden 5G New Radio (NR)-Erweiterungen erfolgreich über einen geostationären (GEO) Satelliten erprobt. Durch die Erweiterungen kann die 5G-Funkzugangstechnologie ebenfalls in nicht-terrestrischen Netzen (NTN) eingesetzt werden. Durchgeführt wurden die Tests über Satellit durch das Forschungszentrum SPACE der Universität der Bundeswehr München, das ein vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS  erweitertes 5G-Protokollstack für die Satellitenkommunikation einsetzte.

Weite Entfernungen müssen durch über einen GEO-Satelliten übertragene Funksignale überwunden werden. Allerdings kann das zu Verzögerungen in der Übertragung führen. Aufgrund dessen ist eine optimierte Schnittstelle notwendig. Im aktuellen Arbeitsprogramm für Release 17 der 5G NR-Standardisierung im Rahmen des 3rd Generation Partnership Project (3GPP) werden daher neue Features konkretisiert, die den 5G-Einsatz in nicht-terrestrische Netze ermöglichen.

Das Fraunhofer IIS und das Forschungszentrum SPACE der Universität der Bundeswehr München haben vor Kurzem eine Auswahl der geplanten 5G NR-Erweiterungen über einen GEO-Satelliten erprobt. Im Zuge des Programms „5G METEORS“ wurde dazu eine Over-the-Air-Demo ausgeführt, ein ARTES MakerSpace für 5G und Satellitenkommunikation – gefördert von der Europäischen Weltraumorganisation ESA.

Für den initialen Aufbau einer Verbindung vom Endgerät (User Equipment, UE) zur 5G-Basisstation (gNodeB, gNB) wurde ein speziell angepasstes Random-Access-Verfahren genutzt. Die 5G-Signale wurden nach Verbindungsaufbau im Up- und Downlink verschickt, danach erfolgte die Decodierung mit zwei verschiedenen Modulationsverfahren (QPSK und 16-QAM). Zudem wurde ein Test eines Verfahrens für die Laufzeitkompensation (Timing Advance), welches an Satelliten angepasst wurde, durchgeführt. Mit diesem kann die Synchronisierung zwischen Endgerät und Basisstation problemlos umgesetzt werden.

In Up- und Downlink wurden für die Übertragungen Bandbreiten von je 10 MHz verwendet. Die gemessenen Umlaufzeiten des Signals von der Basisstation zum UE und zurück betrugen zwischen 530 und 570 Millisekunden.

Die in den Tests als Basisstation und 5G UE eingesetzten beiden Komponenten sind vollständig-definierte Lösungen. Die Grundlage ist eine Open-Source-Implementierung des Protokollstacks für 5G New Radio namens OpenAirInterface (OAI), die auf universalen Hardware-Plattformen eingesetzt werden kann.

Ausgewählte Features der 5G NR-Wellenform und Anpassungen für die Satellitenkommunikation zu OAI wurden vom Fraunhofer IIS zur Verfügung gestellt. Gefördert wurden Implementierungen des 5G-Protokollstacks im Rahmen des Projekts 5G-ALLSTAR durch das Programm Horizon 2020 EU-Korea der Europäischen Union.

Weitere Informationen finden Sie hier: Fraunhofer IIS.