Fraunhofer IIS demonstriert neues Testsystem für die Erprobung intelligenter Satellitennavigationsempfänger

/ 13.11.2015

Ilmenau/Erlangen, 13. November 2015: Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS hat an der Forschungs- und Testanlage FORTE (Facility for Over the Air Research and Testing) des Fraunhofer IIS in Ilmenau ein auf Wellenfeldsynthese basierendes OTA-System (Over-the-Air, also via Luftschnittstelle der Antenne statt via Kabel) für die Erprobung von GNSS-Empfängern (Global Navigation Satellite System) vorgestellt. Das System baut hauptsächlich auf Hardware-Lösungen der IZT GmbH auf. Anders als bei konventionellen Verfahren und Freifeldversuchen werden hier unter kontrollier- und reproduzierbaren Bedingungen realitätsnahe Szenarien emuliert. So können GNSS-Empfänger und Algorithmen insbesondere für Multiantennen- /Beamforming-Empfänger realistisch verglichen werden. Das OTA-System ist wirtschaftlich, flexibel und skalierbar. Das System ist durch seine Modularität beliebig erweiterbar, so dass eine auch größere Testobjekte untersucht werden können.

Real World GNSS Scenario for Emulation.
© Foto Fraunhofer IIS
Example for the emulation of 2 GNSS satellites at FORTE.
© Foto Fraunhofer IIS

Die neuen Generationen von Mobilkommunikationssystemen, wie LTE, LTE-A, WIMAX und WLAN, verwenden mehrere Antennen zur Datenübertragung. Zur Zertifizierung, Leistungsermittlung und Produktprüfung von breitbandfähigen Mobilgeräten werden daher üblicherweise OTA-Testsysteme für MIMO-Geräte (Multiple Input Multiple Output) eingesetzt. Diese Mobilgeräte müssen in ihrer jeweiligen Einsatzumgebung erprobt werden. Diese MIMO-OTA-Testverfahren aus dem Bereich des Mobilfunkes werden hier auf den GNSS-Bereich übertragen. Zusätzlich zu den Ausbreitungsbedingungen müssen im GNSS-Umfeld auftretenden Störer berücksichtigt werden. Daher bestand das Ziel darin, eine neue Prüfmethode für die Störresistenz von GNSS-Empfängern unter realistischen Bedingungen zu entwickeln.

Das OTA-Prüfverfahren

Das OTA-Testlabor verfügt über einen Satellitenemulator von Spirent, einen Multikanal- OTA-Emulator für die Wellenfeldsynthese, der in einer reflexionsarmen Messkabine jede beliebige elektromagnetische Umgebung mit Hilfe mehrerer OTAEmulationsantennen emulieren kann. Der OTA-Kanalemulator der IZT GmbH unterstützt bis zu zwölf Eingänge und eine beliebige Anzahl an phasenkohärente Ausgängen, im Frequenzbereich von 1 bis 6 GHz, die mit den OTAEmulationsantennen verbunden sind. Die Endversion des Systems des Fraunhofer IIS auf Basis von IZT-Komponenten wird über 12 x 32 Kanäle verfügen.

Das Wellenfeld an den Antennen des GNSS-Empfängers wird als kohärente Überlagerung mehrerer ebener Wellen (Nachbildung der realistischen Mehrwegeausbreitung) emuliert; dies erfolgt über eine vordefinierte Überlagerung der Satellitensignale an den OTA-Emulationsantennen über Betrag und Phase. So lassen sich beliebige komplexe Mehrwegeausbreitungskanäle und Umgebungen mit verschiedenen Störungen emulieren. Dadurch wird die Wechselwirkung zwischen den Antennen der GNSS-Empfänger und der Funkumgebung berücksichtigt, was bei konventionellen kabelgebundenen Tests nicht der Fall ist.

Die einzigartige Testumgebung wurde zusammen mit der IZT GmbH in der FORTEAnlage entwickelt und zeichnet sich durch eine große Flexibilität aus, die viele Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Kommunikationstechnologie eröffnet. Das neue Verfahren mit OTA-Emulation ermöglicht die realistische Emulation von Funkkanälen unter Berücksichtigung von Mehrwegeausbreitung, Mehrfrequenz- und Mehrnutzerszenarien. Das OTA-System unterstützt die Emulation komplexer Kanalimpulsantworten nahezu unbegrenzter Länge. Das Testsystem eignet sich nicht nur für GNSS-Ausrüstung, sondern auch für LTE- und CR-Netze (Cognitive Radio: kognitive Funksysteme), Sensornetzwerke (darunter Energienetze und Smart Metering) und Car-to-X-Kommunikation (z. B. Car-to-Car- und Car-to-Infrastructure).

Die beschriebene Testumgebung an FORTE ist speziell für Kunden im Mobilfunkumfeld, im Bereich der Automobilindustrie und ihren Zulieferern von Interesse, da es Entwicklungskosten reduzieren kann und den Test der Anfälligkeit gegenüber Störern schon in der Entwicklung berücksichtigt.