5G-Flugzeug: Cessna ist eine hochgelegene Bahnsteigstation

Der Himmel über Tokio ist mittlerweile mit Flugverkehr gesättigt, und es strömen internationale Touristen. Doch kürzlich hat ein Flugzeug dazu beigetragen, den Traum vom Internetzugang aus der Luft für alle wiederzubeleben. Japanische Forscher gaben am 28. Mai bekannt, dass sie 5G-Kommunikationsgeräte im 38-Gigahertz-Band in einer Höhe von 4 Kilometern erfolgreich getestet haben.

Ziel des Experiments war die Entwicklung eines Antennenrelais mit Millimeterwellenbandverbindungen zwischen Bodenstationen und einer High Altitude Platform Station (HAPS), einer simulierten Radiostation an Bord eines unbemannten Flugzeugs, das über längere Zeiträume in der Stratosphäre bleibt. Eine Cessna, die vom Flugplatz Chofu im Westen Tokios flog, war mit einer 38-GHz-5G-Basisstation und einem Kernnetzwerkgerät ausgestattet, und drei Bodenstationen waren mit Linsenantennen mit automatischer Verfolgung ausgestattet.

Mit der Cessna als Relaisstation ermöglichte der Aufbau die Kommunikation zwischen einer Bodenstation, die mit dem 5G-Bodennetz verbunden ist, und einer Bodenbasisstation, die mit einem Benutzerterminal verbunden ist, so ein Konsortium japanischer Unternehmen und des National Institute of Technology of Information and Communications .

„Wir haben eine Technologie entwickelt, die eine Kommunikation über 5G ermöglicht [New Radio] durch korrekte Ausrichtung der 38-GHz-Strahlen auf drei Bodenstationen unter Anpassung an Fluglage, Geschwindigkeit, Richtung, Position, Höhe usw. während der Rotation des Flugzeugs“, sagte Shinichi Tanaka, Leiter der Raumfahrtsparte des Senders SKY Perfect JSAT. „Wir haben bestätigt, dass das für die Stratosphäre konzipierte Bordsystem eine angemessene Kommunikations- und Trackingleistung aufweist, selbst unter den Fluggeschwindigkeits- und Lageschwankungen eines Cessna-Flugzeugs, die schwerwiegender sind als die von HAPS.“

Die schärfste Strahlbreite der Bodenstationsantenne beträgt 0,8 Grad, und der Test zeigte eine Tracking-Methode, die die Cessna in diesem Winkelbereich immer noch erfasst, fügte Tanaka hinzu.

Eine Cessna [top left] trug eine 38-GHz-Antenne [top right] Während eines Fluges fungiert es als 5G-Basisstation für Bodenempfänger [bottom right]. Das Flugzeug konnte gleichzeitig eine Verbindung zu mehreren Bodenstationen herstellen [illustration, bottom left].NTT Docomo

Millimeterwellenbänder wie das 38-GHz-Band verfügen über die höchste Datenkapazität für 5G und eignen sich für stark frequentierte Standorte wie Stadien und Einkaufszentren. Bei Verwendung im Freien können die Signale jedoch durch Regen und andere Feuchtigkeit in der Atmosphäre gedämpft werden. Um dem entgegenzuwirken, testete das Konsortium erfolgreich einen Algorithmus, der automatisch zwischen mehreren Bodenstationen umschaltet, um durch Feuchtigkeit geschwächte Signale auszugleichen.

Im Gegensatz zu Googles gescheitertem Loon-Ansatz, der darauf abzielte, eine direkte Kommunikation mit Benutzerterminals zu ermöglichen, zielt der HAPS-Test darauf ab, Backhaul-Leitungen für Basisstationen zu schaffen. Unter der Leitung des japanischen Ministeriums für Inneres und Kommunikation soll das Experiment Hochgeschwindigkeitskommunikation mit hoher Kapazität ermöglichen, sowohl für die Entwicklung von 5G- und 6G-Netzwerken als auch für Notfallmaßnahmen. Dieser letzte Punkt ist im katastrophengefährdeten Japan von entscheidender Bedeutung: Im Januar wurden Kommunikationsleitungen rund um die Noto-Halbinsel am Japanischen Meer nach einem Erdbeben der Stärke 7 unterbrochen, bei dem mehr als 1.500 Menschen ums Leben kamen.

„Dies ist das erste erfolgreiche Experiment der 5G-Kommunikation über den Himmel mit Q-Band-Frequenz“, sagte Hinata Kohara, Forscherin in der 6G-Netzwerkinnovationsabteilung des Mobilfunkbetreibers NTT Docomo. „Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz von 5G-Kommunikationsbasisstationen und Kernnetzwerkgeräten an Bord des Flugzeugs für die Kommunikation zwischen mehreren Bodenstationen eine flexible und schnelle Routenumschaltung vom Boden aus.“ [gateway] Station für eine Feeder-Verbindung und ist robust gegenüber Ausbreitungseigenschaften wie Niederschlag. Ein weiteres wichtiges Merkmal ist die Verwendung einer vollständig digitalen Beamforming-Methode zur Strahlsteuerung, die mehrere unabhängige Strahlen verwendet, um die Effizienz der Frequenznutzung zu verbessern.

Die Doppler-Verschiebungskompensation sei eine Herausforderung im Experiment gewesen, sagte Kohara und fügte hinzu, dass die Forscher zusätzliche Tests durchführen werden, um eine Lösung zu finden, mit dem Ziel, im Jahr 2026 einen HAPS-Dienst zu kommerzialisieren. Zum Konsortium gehören neben SKY Perfect JSAT und NTT Docomo auch Panasonic Holdings. , bekannt für seine elektronische Ausrüstung.

Die HAPS-Initiative kommt zu einem Zeitpunkt, an dem NTT Docomo bekannt gab, dass es ein weiteres Konsortium bei einer 100-Millionen-Dollar-Investition in AALTO HAPS von Airbus angeführt hat, dem Betreiber des unbemannten Starrflügelflugzeugs Zephyr. Der solarbetriebene Flügel kann für die direkte 5G-Kommunikation zum Gerät oder zur Erdbeobachtung verwendet werden und hat Rekorde aufgestellt, darunter 64 Tage Stratosphärenflug. Laut Airbus kann seine Reichweite „bis zu 250 Erdtürme in schwierigem Gebirgsgelände“ erreichen. Docomo sagte, die Investition ziele darauf ab, die Zephyr-Dienste in Japan zu kommerzialisieren, einschließlich der Abdeckung ländlicher Gebiete und Katastrophengebiete, und im Jahr 2026 weltweit.