Um die Verbreitung von Funklösungen zu unterstützen, werden an vier deutschen Forschungsstandorten in den nächsten 4,5 Jahren Labore mit dem Fokus auf industrielle Funkkommunikation entstehen. Gemeinsam bilden die vier Standorte das "Industrial Radio Lab Germany".
Unsere Tätigkeiten:
- Anforderungserfassung industrieller und gewerblicher Anwendungen, z. B. von flexiblen Produktionsanlagen oder aus der Wasserwirtschaft
- Technologieunabhängige Evaluierung verschiedener Funklösungen
- Entwicklungsbegleitende Validierung neuer technischer Verfahren oder von Prototypen
- Koexistenzmanagement für Inter- sowie Intra-System-Koexistenz
- Wissenschaftliche Unterstützung bei Normungsprojekten
Wir bieten Untersuchung in…
Laborumgebung
- Nachbildung (industrieller) Übertragungsbedingungen mittels Kanalemulator
- Nachbildung von Intra- und Inter-System-Interferenzen mittels Signalgenerator
Referenzumgebung: Digitales Anwendungszentrum für Mobilität, Logistik und Industrie Sachsen-Anhalt
- Nachbildung (industrieller) Übertragungsbedingungen mittels Reflexionswänden / Geräten / Robotern
- Nachbildung von Intra- und Inter-System-Interferenzen mittels Signalgenerator
Zielumgebung
- Durchführung von Tests im laufenden Betrieb ohne diesen zu beeinträchtigen
- Ggf. Nachbildung von Intra- und Inter-System-Interferenzen mittels Signalgenerator
Unsere Laborausstattung
- Netzwerkanalysator ZNB8
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Das Erfassen des komplexen Übertragungsverhaltens industrieller Funkkanäle wird mit dem Netzwerkanalysator ZNB8 ermöglicht. Das Gerät kann in einem Frequenzbereich von 9 kHz bis 8 GHz verwendet werden. Es wurden Funkkanäle in allen relevanten Bändern von 433 MHz bis 5,8 GHz und bei Distanzen bis zu >50 m vermessen, da diese in realen Szenarien im industriellen Umfeld vorkommen können und bisher insbesondere für das Band von 3,7 bis 3,8 GHz noch nicht untersucht wurden. In diesem Band werden derzeit 5G Stand-alone Netzwerke betrieben. Basierend auf den Messergebnissen können anschließend Kanalmodelle entwickelt werden, die dann im Labor für die Evaluierung und Optimierung von Funksystemen genutzt werden können.
- Mixed-Signal-Oszilloskop MSO71254C
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Ein Mixed-Signal-Oszilloskop MSO71254C mit 12,5 GHz Bandbreite und mit bis zu 100 Gigasamples pro Sekunde ermöglicht die Analyse von analogen und digitalen Signalen für High-Data-Rate Schnittstellen, wie z. B. PCIe, USB und Ethernet. Der vom ifak entwickelte Funk-Transfer-Tester, mit dem das Zeit- und Fehlerverhalten von Kommunikationssystemen aus Sicht der Applikation gemessen und bewertet werden kann, soll um genannte Schnittstellen erweitert werden. Das Oszilloskop wird hierbei entwicklungsbegleitend eingesetzt.
- Schirmboxen
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Vor dem Feldtest werden Prototypen unter Laborbedingungen untersucht, meist schon entwicklungsbegleitend. Die Reproduzierbarkeit der Untersuchungen von Funkgeräten erfordert die Einhaltung definierter Bedingungen, insbesondere jedoch, dass die Funkgeräte und deren Kommunikation von außen weitestgehend unbeeinflusst sind. Zum Zweck der physikalischen Abschirmung der Funkübertragung werden bei Laboruntersuchungen sogenannte Schirmboxen verwendet. Die Funkgeräte werden innerhalb einer Schirmbox platziert und kabelgebunden untereinander und mit weiterem Messequipment verbunden. Die angeschafften Schirmboxen unterschiedlicher Größe haben eine Schirmdämpfung von bis zu 100 dB bis 40 GHz und darüber hinaus 90 dB bis 90 GHz. Vielfältige Anschlussmöglichkeiten für jeweils vier Antennen, Netzspannung und Kommunikationsschnittstellen, wie z. B. USB, Ethernet, Digital IO und Lichtwellenleiter, eröffnen ein breites Spektrum an Einsatzmöglichkeiten. Eine der größeren Schirmboxen ist zusätzlich mit einem Zwei-Achsen-Positionierer ausgestattet. Im Zusammenspiel mit dem Netzwerkanalysator ist es somit möglich, die Charakteristik von Antennen zu vermessen.
- Signal- und Spektrumanalysator FSW 43
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Um die Spektrumnutzung zu erfassen, unbekannte Nutzer zu identifizieren sowie allgemein Signalformen von Funkgeräten zu analysieren, wird ein Signal- und Spektrumanalysator benötigt. Der neu am ifak vorhandene FSW 43 kann Signale von 2 Hz bis 43 GHz erfassen, analysieren und darstellen. Damit kann auch das mmWave-Band bis 27,5 GHz vermessen werden, in dem lokale 5G-Netze betrieben werden können. Entsprechend breitbandige Antennen für diese Frequenzbereiche wurden ebenfalls angeschafft. Bei industriellen Funkanwendungen werden häufig sehr kurze Datenpakete übertragen, die das Spektrum nur für eine geringe Zeit nutzen. Mit der Echtzeit-Analysebandbreite von >500 MHz können auch diese Signale sicher erfasst werden.
- Netzwerkscanner TSMA6
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Zusätzlich wurde im Projekt „5G Industrial Working and Co-Working Space“ (5GIWCoW) ein autonomer mobiler Netzwerkscanner (TSMA6) angeschafft. Mit seinem Ultra-Breitband-Frontend misst der integrierte Scanner alle unterstützten Mobilfunktechnologien im Frequenzbereich von 350 MHz bis 6000 MHz. Ein integrierter Multi-GNSS-Empfängers ermöglicht unterbrechungsfreie Standortverfolgung. Durch den passiven Scan werden eine Reihe von wichtigen Zusatzinformationen zu den erfassten Netzwerken erfasst. Der Nutzer erhält somit ein vollständiges Abbild der an einem Ort bzw. in einem Bereich verfügbaren Mobilfunknetze.
- Funk-Transfer-Tester
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Der Funk-Transfer-Tester (FTT) ist ein vom ifak entwickeltes Werkzeug, mit dem messtechnisch bewertet werden kann, ob eine Kommunikationslösung die Anforderungen von industriellen Automatisierungsanwendungen erfüllt. Der FTT emuliert das Kommunikationsverhalten der Anwendung, ermittelt anwendungsbezogene Messwerte und berücksichtigt dabei anwendungs- und umgebungsbezogene Randbedingungen. Dadurch können Tests reproduzierbar durchgeführt werden und das Ergebnis ist im Hinblick auf die Anwendung leicht interpretierbar.
Die Kommunikationslösungen werden auf der Basis von Performanzmessungen analysiert. Die Messwerte beziehen sich auf die Schnittstellen, die der Anwender für seine Anwendungen nutzen kann. Auf diese Weise können die Ergebnisse direkt mit den Anforderungen der Anwendung verglichen werden. Die stochastische Analyse der Messergebnisse liefert nicht nur eine Momentaufnahme, sondern auch ein umfassendes Bild über das Verhalten der Kommunikationslösung.
Eine wesentliche Komponente des FTT ist das Multiface, dessen Aufgabe es ist, reale Funkgeräte oder andere Automatisierungsgeräte mit Kommunikationsschnittstelle in das Testsystem zu integrieren. Hierfür stehen verschiedene Referenzschnittstellen zur Verfügung, wie z. B. Ethernet, Digital I/O, RS232, RS485, SPI, UART. Entsprechend der vom FTT Manager vorgegebenen Konfiguration erzeugt das Multiface den Testdatenverkehr und ermittelt applikationsspezifische Kenngrößen, wie z. B.:
- Übertragungszeit
- Aktualisierungszeit
- Fehler in Nachrichten
- Verlorene Nachrichten
Die Generierung und Analyse der Testdaten wie auch die Ermittlung der Messwerte ist in einem FPGA implementiert, um ein deterministisches Verhalten und eine hohe Auflösung und Genauigkeit zu erreichen.