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Channel Sounder für die industrielle Kommunikation beschafft und aufgebaut

30.11.2021

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Verbundvorhabens Gemimeg-II „Sichere und robuste kalibrierte Messsysteme für die digitale Transformation“ hat die PTB ein Messsystem beschafft und aufgebaut, mit dem Kanal- und Signalmessungen bei drahtlosen Sensornetzwerken in Industrieumgebungen durchgeführt werden sollen.

 

 

 

Zukünftig werden in der vernetzten industriellen Produktion auch die bisher wenig genutzten Millimeterwellen zum Einsatz kommen, um Messwerte, Kalibrierinformationen und Steuerbefehle sicher, zuverlässig, mit hohen Datenraten und geringer Latenz übertragen zu können. Die Leistungsfähigkeit dieser drahtlosen Netzwerke hängt maßgeblich davon ab, inwieweit es gelingt, die Stör- und Abhörsicherheit und die Koexistenz mit anderen Funknetzen in Industrieumgebungen sicherzustellen, in denen schwierige Ausbreitungsbedingungen für die Funkwellen vorherrschen.

 

Industrieumgebungen weisen häufig starke Reflexionen auf, die durch metallische Wände und Einrichtungen begünstigt werden, sowie starke Störsignale, die etwa durch Umrichter oder Motoren verursacht werden, und auch Dopplerverschiebungen durch bewegte Maschinenteile. Um die Resilienz der drahtlosen Netzwerke zu erhöhen und einen optimierten Betrieb bei diesen schwierigen Sende- und Empfangsbedingungen zu ermöglichen, müssen die Kanal- und Signaleigenschaften in typischen Industrieumgebungen gemessen werden. Daraus kann dann der Zusammenhang zu Betriebsparametern wie Ausfallwahrscheinlichkeit, Datenrate und Latenz (Quality of Service – QoS) abgeleitet werden, um die Netzarchitektur und die verwendeten Protokolle optimal auf die Übertragungsbedingungen abstimmen zu können.


Im Rahmen des Projektes wurde durch die PTB ein Messaufbau konzipiert, beschafft und aufgebaut, der auf kommerziell verfügbaren Komponenten besteht. Hauptkomponenten sind ein Vektorsignalgenerator, ein Vektorsignalanalysator, auf Drehtischen gelagerte Antennen und eine spezielle Channel Sounding Software. Der Messaufbau (siehe Bild) ermöglicht sowohl die passive Charakterisierung der elektromagnetischen Umgebung mit Hilfe des Empfängers als auch die aktive Charakterisierung des Übertragungskanals hinsichtlich der Verzögerungszeiten, der Signalstärke und der Dopplerverschiebung in den einzelnen Ausbreitungspfaden.

 

Bild: Prinzipschaltbild des Messaufbaus zur passiven Signalmessung und zum aktiven Channel Sounding

 

 

 

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