Spezielles 5G-MIMO-Messsystem für 5G-Telekommunikations- und Weltraumanwendungen
Das Berliner Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) hat ein einzigartiges 5G-MIMO-Messsystem entwickelt, das Multiple-Input Multiple-Output (MIMO)-Hardware für 5G-Telekommunikations- und Raumfahrtanwendungen charakterisiert. Der Einsatz der Breitband-Downconverter-Einheit ist ein wichtiger Schritt für den Aufbau des Messsystems. Durch die große Bandbreite, die Vielzahl an Ports sowie die Fähigkeit zur phasenrichtigen Vektorkalibrierung ist das System weltweit einzigartig. Gefördert wird das Vorhaben vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD).
Ausgelegt ist das Messsystem auf eine kohärente Charakterisierung an 16 Ports im Frequenzbereich bis 67 Gigahertz. Die Signale können dabei mit einer Modulationsbandbreite von über zwei Gigahertz verarbeitet werden. Das System beinhaltet ebenfalls die Vektorkalibrierung der Schnittstelle zum Testobjekt (DUT). Das Messsystem ermöglicht die Charakterisierung von Komponenten mit mehreren integrierten Verstärkern sowie die Vermessung von komplexen Kreuzmodulationen.
Vor drei Jahren wurde mit der Entwicklung des Messsystems begonnen. Damals war keine Hardware auf dem Markt erhältlich, die die Anforderungen des Mikrowellen-Messtechnik-Teams am FBH erfüllte. Aus diesem Anlass wurde ein Gesamtsystem auf Basis der damals modernsten Teilkomponenten verschiedener Anbieter konzipiert. Dabei wurden mehrere alternative Methoden für die Abwärtsmischung von Breitbandsignalen bewertet. Zusammen mit Keysight Technologies entschied sich das FBH für speziell angepasste, vektorielle Netzwerkanalysatoren, die auf der hochentwickelten PNA-X-Plattform basieren. Die Einheiten der PNA-X-Plattform umfassen modifizierte Breitbandmischer und besonders breitbandige Ausgänge für die Zwischenfrequenz. Realisierbar ist zudem der gemeinsame Einsatz von mehreren Lokalszillatoren.
Der Fokus des FBH liegt nun auf der Integration des Systems und der vollständigen Funktionsfähigkeit, um die erwartete Systemleistung zu erfüllen. 2020 soll eine Luftschnittstelle hinzugefügt werden, welche Over-the-Air (OTA)-Messungen für 3D-integrierte Antennen ermöglicht.
Das Messsystem stellt für die Forscher des FBH für die kommenden Jahre den zentralen Forschungsgegenstand dar, mit dem MMIC-Verstärker charakterisiert und MIMO-Bewertungen ausgeführt werden. Weitere Forschungen sind im Bereich der Breitband-Messtechniken möglich. Profitieren werden vom dem 5G-MIMO-Messsystem nicht nur das FBH und seine Kunden, sondern auch die Partnerinstitute aus dem Zusammenschluss der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD).
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