Optimale Antennen fürs 5G-Netz entwickelt

100-prozentige Abdeckung laut US-Wissenschaftlern deutlich einfacher zu realisieren

Roboter für die Messung von Funksignalen für bessere Antennen (Foto: nist.gov)

Gaithersburg
(pte005/12.12.2018/06:15) – Der Aufbau des Mobilfunknetzes der fünften
Generation (5G) könnte deutlich billiger werden. Denn Forscher am
National Institute of Standards and Technology (NIST) http://nist.gov haben eine Technik zur Beurteilung und zur Auswahl des für die
Reichweite optimalen Antennen-Designs entwickelt. Bisher waren die
Entwickler auf das "Versuch-und-Irrtum"-Verfahren angewiesen.

Millimeterwellenbereich

Das 5G-Netz arbeitet nicht in den bisher genutzten Frequenzspektren. Es
nutzt den Millimeterwellenbereich. Die auf diesen Frequenzen
übertragenen Signale verlieren auf ihrem Weg sehr viel Energie. Das
reduziert die Stärke der Signale. Sind sie zu schwach, lassen sich Daten
nicht mehr mit Höchstgeschwindigkeit übertragen. Das ist der
Hauptvorteil von 5G. Im Extremfall kann man nicht einmal mehr
telefonieren. Aus dem Grund müssen die Sende- und Empfangsanlagen
relativ dicht beieinander stehen. Das treibt die Kosten für eine
100-prozentige Abdeckung, die der Gesetzgeber zumindest in Deutschland
verlangt.

Die NIST-Methode, die auf Messungen beruht, führt zu Antennen mit
optimaler Reichweite in der Umwelt. Für jede Topologie wird es eine
andere Antennenform geben. Im Gebirge wird sie anders aussehen als im
Flachland. "Die NIST-Methode wird auch die Nutzung von Masten durch
mehrere Anbieter ermöglichen, weil sich die Signale nicht gegenseitig
beeinflussen", sagt Kate Remley, Elektroingenieurin am NIST. Das
wiederum kommt der Umwelt zugute, zumindest optisch. Die
Antennenentwickler können sich beispielsweise für eine geringere
Reichweite entscheiden, um störende Reflexionen an Hindernissen zu
vermeiden.

Innovativer Algorithmus

Das Team um Remley hat Daten von Antennen in einem Gang und der Lobby
des NIST-Hauptgebäudes gesammelt. Mit einem Spezialempfänger, montiert
auf einem fahrbaren Roboter, ermittelten die Forscher Reflexionen,
Beugung und Streuung des Funksignals zwischen Sender und Empfänger.
Daraus entwickelten sie einen Algorithmus, der die optimalen
Antenneneigenschaften in Abhängigkeit von der realen Umwelt errechnet.