Eingebettetes Boden-Raum 5G Terminal für automatisiertes und vernetztes Fahren (embrace5G)

Abstract

Das von der Deutschen Raumfahrt-Agentur geförderte F&E-Verbundprojekt embrace5G stellt einen bedeutenden Fortschritt bei hybriden 5G-Kommunikationstechnologien für die Automobilindustrie dar. Im Hinblick auf Serientauglichkeit lag der Fokus auf dem Funktionsnachweis mit einem kompakten Terminal, dessen Gewinn einen Wert von 15 dBi nicht überschreiten sollte. Detaillierte Berechnungen des Linkbudgets für verschiedene LEO-Satellitenkonstellationen stellen Uplink-Datenraten von 21 bzw. 7 Mbit/s in den untersuchten Frequenzbändern in Aussicht, die für zahlreiche relevante Anwendungsfälle, wie sie in Verbänden wie C2CCC oder 5GAA diskutiert werden, geeignet sind. Als Ergebnis wurde eine kompakte 3-in-1-Antenne in einer gemeinsamen Apertur entworfen, hergestellt und getestet, die sowohl terrestrische als auch satellitengestützte 5G-Netze unterstützt. Das Antennenterminal arbeitet im 2,6-GHz-Bereich für terrestrische Verbindungen, im 3,5-GHz-Bereich sowohl für TN- als auch NTN-Verbindungen und im 28-GHz-Bereich für LEO-Satellitenverbindungen. Für den TN-Betrieb wurde eine linear polarisierte 3D-Breitband antenne entwickelt, während die NTN-Konnektivität durch verschachtelte zirkular polarisierte Mikrostreifen-Patchantennen-Arrays für das S-Band (2×2-Array) und das Ka-Band (4×4-Array) erreicht wird. Sämtliche Strahlerelemente sind in einer einzigen Plattform integriert, deren Abmessungen von 93 mm × 93 mm × 15 mm für eine Integration in Fahrzeug-Kunststoffteile wie Heckspoiler geeignet sind. Der erfolgreiche Funktionstest wurde für alle drei Antennenfunktionalitäten mit ihren unterschiedlichen Frequenzbereichen und Sichtfeldern in der virtuellen Straße – Simulations- und Testumgebung (VISTA) des Thüringer Innovationszentrums Mobilität (ThIMo) durchgeführt.