Auf dem Spezialistentreff in Amsterdam gewährten einige der großen Mobilfunk-Mitspieler Einblicke in ihre Entwicklungslabore für Antennen. Spannende neue Arrays sollen Frequenzen bis 70 GHz hinauf nutzbar machen.

Immer mehr Frequenzbänder sollen sie abdecken und das bei immer kleinerem Packmaß – die Anforderungen an Mobilfunkantennen steigen. Das liegt unter anderem daran, dass die Dächer an den günstigen Standorten oft schon voll sind. Zusätzliche Antennen unterzubekommen wird für die Provider daher immer schwieriger, von neuen Standorten ganz zu schweigen. Das berichten übereinstimmend die großen Antennenhersteller und Provider auf dem Antenna Focus Day, der zum LTE/5G World Summit gehört.
Um mit dem Platzmangel zurechtzukommen werden immer mehr Frequenzbereiche und Konfigurationsmöglichkeiten in scheinbar eine einzige Antenne gepackt. Kathrein hat aktuell ein Hexaband-Modell mit 12 Anschlüssen im Lieferprogramm. Damit lassen sich beispielsweise die Bänder von 698 bis 862, 880 bis 960 und 4 x 1710 bis 2690 MHz mit bis zu 8 x 8 MIMO-Streams gleichzeitig betreiben.
Weniger Volumen, aber mehr Abwärme

Die Herausforderungen an die Ingenieure nehmen dabei weiter zu, denn so wie bei anderen integrierten Systemen komme es auch bei den Antennen irgendwann zu Wärmeabfuhrproblemen, erklärte Ernst Lautner, Manager Sales Engineering von Kathrein. Eine andere Herausforderung ist es, die Intermodulationsprodukte noch unter Kontrolle zu halten. Diese Störsignale entstehen, wenn verschiedene Frequenzen gemeinsam an nichtlinearen Bauelementen verarbeitet werden. Und je mehr verschiedene Frequenzen, desto mehr dieser unerwünschten Signale entstehen. Sie machen sich als zusätzlicher Rauschpegel bemerkbar, wodurch das Mobilgerät mehr Leistung benötigt.
Auch Huawei hat eine Hexaband-Antenne im Portfolio. Der chinesischen Hardwarehersteller entwickelt auch seine aktiven Antennen intensiv weiter. Dabei wandert ein Teil der Basisstation, der Remote Radio Head (RRH) in die Antenne. Huawei stellt sowohl Basisstationen als auch Antennen selbst her und kann so Komplettlösungen mittels eigener Integration vorantreiben. Besonders in Schwellenländern übersteigen die Verkaufszahlen der aktiven Antennen inzwischen die der passiven Antennen, so Rafael P. Abarca von Huawei.

Aber nicht jeder Provider frohlockt beim Thema "aktive Antennen". Manchen verursacht es Kopfschmerzen, denn je höher der Integrationsgrad, desto schwieriger die Kombination der Antennentechniken der verschiedenen Hersteller.
Mit mehreren Keulen auf ein Mobilgerät

Um den steigenden Anforderungen nachzukommen und künftig noch höhere Datenraten zu übertragen wird intensiv an der Nutzung von höheren Frequenzen geforscht. Kathrein untersucht beispielsweise Antennen-Arrays für das 10,5-GHz-Band. Für die hohen Frequenzen werden Techniken wie Massive-MIMO interessant. Dabei generiert ein großes Antennen-Array mehrere Keulen, die genau auf ein einzelnes Mobilgerät zielen. So nutzen die Arrays mehrere unabhängige Pfade für den gezielten Datentransport.

Daran forscht auch der japanische Kommunikationsriese NTT DoCoMo. Dessen Vizepräsident und Direktor der Radio-Access-Abteilung, Takehiro Nakamura, stellte gleich eine ganze Reihe von Forschungsprojekten rund um Antennen-Arrays bei verschiedenen Frequenzen zwischen 4 und 70 GHz vor. Mit einem 128er Array mit zwei Polarisationsebenen forscht NTT gemeinsam mit NEC an der Effektivität solcher gemultiplexten Beamforming-Systeme. Maximal 16 User sollen damit im 5-GHz-Band gleichzeitig versorgt werden.
400 MHz für 5 Gigabit

Gemeinsam mit Mitsubishi Electric untersucht NTT DoCoMo ein Antennen-Array für 44 GHz und mit Ericsson arbeitet das Unternehmen an 4x4-MIMO bei 15 GHz. Der bisherige Durchsatzrekord beträgt 5 GBit/s – dafür haben die Techniker ein 400 MHz breites Band genutzt.

Gemeinsam mit Nokia geht’s dann noch ins Millimeterband hoch. Bei 70 GHz gibt es noch recht viel Platz. Daher nutzen aktuelle Testsysteme gleich 1 GHz breite Bänder. Sie generieren mit einer Linsenantenne 64 verschiedene Richtkeulen und testen für jede die Übertragung. Die beste davon meldet das Mobilgerät an die Basistation zurück und darüber erhält es dann die Nutzdaten.

Gruß raffisworld