Av Markku Björkman
Satellitbaserad 5G- service har potential att förbättra global anslutning. För första gången har utvalda komponenter av 5G-radioåtkomstteknik också använts i icke-markbundna nätverk (NTN), vid framgångsrika tester via en geostationär (GEO) satellit.
Rymdforskningscentret vid tyska armens universitet i München genomförde liknande tester via satellit och använde en 5G-NR-protokollstack för satellitkommunikation som kompletterades av Fraunhofer Institute for Integrated Circuits IIS.
På Fraunhofer IIS gick man ett steg längre och fokuserade på att utveckla teknologier för direktkommunikation mellan satelliter och användarnas enheter som ett sätt att kombinera markbundna och satellitbaserade kommunikationssystem.
Dessa nyare koncept för att integrera satelliter i 5G markbunden infrastruktur baseras på direktanslutning mellan satelliter och 5G-aktiverad användarutrustning (UE).
Dessa enheter har då satellitbaserad åtkomst till 5G-nätverket hela tiden - även när det inte finns någon basstation i närheten. I framtiden kommer detta att innebära att smartphones eller fordon kan upprätta en anslutning antingen via en mobil basstation eller direkt via satellit, beroende på mottagningssituationen. Nätverksarkitekturer är också möjliga där själva satelliten, helt eller delvis, fungerar som basstation (gNB).
Radiosignaler som sänds via en GEO-satellit måste resa långa sträckor, vilket leder till förseningar i överföringen. Vid användning vid av 5G via satellit behövs ett förbättrat radiogränssnitt.
För att möta denna utmaning specificeras det nuvarande arbetsprogrammet för version 17 av 5G-NR-standardisering som en del av 3rd Generation Partnership Projects (3GPP). Dessa nya funktioner möjliggör användning av 5G i ickemarkbundna nätverk.För att demonstrera deras genomförbarhet i ett tidigt skede testade Fraunhofer IIS och forskningscentret SPACE vid universitetet för federala väpnade styrkor (Bundeswehr) i München nyligen några av de planerade förlängningarna för 5G NR via GEO-satellit.
Luftdemonstrationen genomfördes som en del av programmet ”5G METEORS”, ett ARTES MakerSpace för 5G och satellitkommunikation som finansieras av Europeiska rymdorganisationen ESA.
Dubbelriktade överföringar via GEO-satellit
Under sändningstesterna användes en specialanpassad slumpmässig åtkomstprocess i syfte att inledningsvis upprätta en anslutning från slutanordningen (användarutrustning, UE) till 5G-basstationen (gNodeB, gNB).
Efter att man lyckades med att upprätta en anslutning skickades 5G-signalerna i upplänken och nedlänken och avkodades med två olika moduleringsmetoder, nämligen QPSK och 16-QAM.
Dessutom testades en metod för fördröjningskompensation (tidsförskjutning) anpassad till satelliter, så att synkroniseringen mellan slutanordningen och basstationen kunde genomföras smidigt och tillbaka igen var mellan 530 och 570 millisekunder.
Programvarudefinierad 5G nya radiokomponenter
De två komponenterna som användes i testerna som basstation och 5G UE är helt programvarudefinierade lösningar. De är baserade på en öppen källkodsimplementering av protokollstacken för 5G New Radio som heter OpenAirInterface (OAI), som kan användas på universella hårdvaruplattformar.
Fraunhofer IIS bidrog med utvalda funktioner i 5G-NR-vågformen och justeringar för satellitkommunikation till OAI. För den framgångsrika demonstrationen finansierades viktiga implementeringar av 5G-protokollstapeln av Europeiska unionens EU-Korea-program Horizon 2020, som en del av 5G-ALLSTAR-projektet.