Interferenzprobleme in 5G-Frequenzbändern

Mobilfunkdienste haben sich rasant ausgeweitet, und mit der Nachfrage nach grösserer Reichweite und schnelleren Geschwindigkeiten werden neue Frequenzbänder für 5G-Netze genutzt. Zwei wichtige Frequenzbänder in diesem Zusammenhang sind das C-Band und das Citizens Broadband Radio Service (CBRS) Band. Diese Bänder liegen in der Frequenz eng beieinander, was zu Interferenzen führen kann, wenn beide gleichzeitig genutzt werden. In diesem Artikel geht es darum, wie diese Interferenzen die Leistung von Geräten beeinflussen, die diese Bänder verwenden.

#Frequenzbänder und Zuteilung

In den letzten Jahren wurde der Frequenzbereich von 3,7 bis 3,98 GHz, bekannt als C-Band, in den USA für 5G-Mobilfunkdienste zugewiesen. In früheren Jahren wurde der Bereich von 3,55 bis 3,7 GHz für CBRS reserviert, das bestimmten Nutzern den freien Zugang zu diesem Spektrum ermöglicht, solange sie keine Störungen für andere höherpriorisierte Nutzer, wie z. B. Marine-Radare, verursachen. Das Problem entsteht, weil es keinen Pufferraum oder Guard-Band zwischen den Frequenzen des C-Bands und des CBRS gibt. Das bedeutet, dass, wenn Geräte in diesen Bändern nah beieinander verwendet werden, sie sich gegenseitig stören können.

#Arten von Nutzern und Zugriffsebenen

Die Nutzer dieser Frequenzbänder werden in drei Ebenen eingeteilt. Ebene 1 besteht aus Marine-Radaren, die die höchste Priorität haben. Ebene 2 umfasst Nutzer, die Lizenzen zum Betrieb in diesem Band erworben haben, während Ebene 3 allgemeine Nutzer umfasst, die auf Kanäle zugreifen können, die derzeit nicht von den ersten beiden Ebenen genutzt werden. Ein System namens Spectrum Access System (SAS) regelt diesen Zugang, um Störungen zwischen den Nutzern zu verhindern.

#Interferenzprobleme

Aufgrund der Nähe der Frequenzen kann es auftreten, dass bei gleichzeitiger Verwendung von Geräten, die das C-Band und CBRS nutzen, Interferenzen auftreten, die die Leistung beeinträchtigen. Dieses Problem kann sich insbesondere auf die Datenübertragungsraten und Reaktionszeiten von Geräten auswirken, die auf diesen Frequenzen arbeiten. Wenn ein Gerät Daten überträgt, kann dies Unterbrechungen für nearby Geräte verursachen, die den angrenzenden Kanal nutzen.

#Messung und Tests

Um diese Interferenzprobleme besser zu verstehen, führten Forscher reale Tests an einem bestimmten Ort durch. Sie richteten Geräte ein, die sowohl mit C-Band- als auch mit CBRS-Netzen in einem Gebäude verbunden waren, mit Sichtverbindung zwischen den beiden Arten von Basisstationen. Mit Smartphones massen sie, wie sich die Interferenz eines Netzwerks auf die Leistung des anderen auswirkte.

#Ergebnisse der Studie

Die Ergebnisse dieser Tests zeigten, dass es bei gleichzeitiger Nutzung beider Netzwerke in der Nähe zu signifikanten Datenverlangsamungen kam. Sie stellten einen Rückgang der Datenübertragungsrate um 60 % für CBRS fest, wenn beide Netzwerke gleichzeitig genutzt wurden, und einen Rückgang von 43 % für das C-Band-Netzwerk. Diese Reduktionen zeigen, wie das Fehlen von Guard-Bands zu erheblichen Leistungsproblemen führen kann.

#Reduzierung von Interferenzen

In einigen Tests verbesserte sich die Leistung, als das CBRS-Gerät auf einen anderen Kanal wechselte, wodurch es weiter vom C-Band entfernt wurde. Ein Abstand zwischen den beiden Kanälen half, die Interferenz zu reduzieren und die Datenübertragungsraten zu verbessern. Ausserdem half es, die Art und Weise, wie Datenübertragungen innerhalb der Netzwerke organisiert und verwaltet werden, bekannt als Time Division Duplexing (TDD), ebenfalls zu verbessern.

#Bedeutung der Konfiguration

TDD ermöglicht es verschiedenen Arten von Datenverkehr, dieselbe Frequenz zu teilen, indem festgelegt wird, wann Daten gesendet und empfangen werden. Da jedoch Geräte mit unterschiedlichen Konfigurationen gleichzeitig aktiv sein können, kann dies eine Situation schaffen, in der die Übertragung eines Geräts die Empfangsleistung eines anderen stört. Die Tests zeigten, wie verschiedene TDD-Setups die Leistung beeinflussten. Wenn Geräte unter verschiedenen TDD-Konfigurationen arbeiteten, erhöhte sich die Wahrscheinlichkeit von Interferenzen.

#Bewertung verschiedener Szenarien

Die Forscher führten mehrere Tests unter verschiedenen Szenarien durch, um zu sehen, wie sich die Leistung je nach Gerätestandort und Konfiguration veränderte. Sie richteten Telefone in verschiedenen Räumen ein, einige in der Nähe der Basisstationen und andere weiter entfernt. Sie massen, wie die Leistung der Datenübertragung in verschiedenen Aufbauten variierte, z. B. wenn Geräte dieselben TDD-Einstellungen verwendeten oder wenn sie auf unterschiedlichen Kanälen arbeiteten.

#Überwachung der Geräteleistung

Um Leistungsdaten zu sammeln, wurde spezielle Software auf Smartphones verwendet, um mehrere Metriken wie Signalqualität und Datenübertragungsgeschwindigkeit zu verfolgen. Die Tests analysierten, wie sich jede Variable auf die Gesamtleistung des Netzwerks auswirkte. Zum Beispiel wurde untersucht, wie sich die Datenübertragungsraten veränderten, wenn die beiden Netzwerke nebeneinander arbeiteten, im Vergleich dazu, wenn nur eines aktiv war.

#Ergebnisse der verschiedenen Setups

Die Ergebnisse zeigten, dass die Leistung erheblich abnahm, wenn Geräte in unmittelbarer Nähe waren und gleichzeitig Daten übertrugen. Wenn jedoch Massnahmen ergriffen wurden, um Interferenzen zu minimieren, z. B. durch Anpassung der Frequenzkanäle oder Änderung der TDD-Konfigurationen, verbesserte sich die Leistung.

#Fazit

Diese Studie unterstreicht die Bedeutung des Verständnisses, wie eng beieinanderliegende Frequenzbänder sich gegenseitig beeinflussen können, insbesondere im Kontext steigender Anforderungen an Mobilfunkdienste. Mit dem wachsenden Bedarf an schnelleren und zuverlässigeren Verbindungen werden Lösungen wie die Einrichtung von Guard-Bands und die Optimierung von TDD-Einstellungen entscheidend sein, um die Leistung zu verbessern.

#Zukünftige Richtungen

In Zukunft planen die Forscher, weitere Möglichkeiten zur Minderung dieser Interferenzprobleme zu erkunden. Sie beabsichtigen, dynamische Guard-Bands zu testen, die sich je nach Echtzeitanwendung ändern können, und TDD-Setups weiterzuentwickeln, die besser synchronisiert sind. Mit dem Fortschritt der Technologie wird das Testen neuer Lösungen dazu beitragen, sicherzustellen, dass Nutzer effektive und effiziente Dienste sowohl auf CBRS- als auch auf C-Band-Netzen erhalten, selbst unter überfüllten Bedingungen.