Optimale Antennen für 5G-Netz entwickelt

Eine 100-prozentige Abdeckung ist damit laut US-Wissenschaftlern deutlich einfacher zu realisieren. [...]

Der Aufbau des Mobilfunknetzes der fünften Generation (5G) könnte deutlich billiger werden. Denn Forscher am National Institute of Standards and Technology (NIST) 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.