Radiokanavamallinnusta 5G tietoliikennejärjestelmäevaluointiin ja säteilevään testaamiseen

Radioaaltojen etenemistä vaikkapa Oulun Rotuaarilla voidaan matkia radiokaiuttomassa huoneessa testiantennien ja -laitteiden avulla. Radiokanava on keskeinen tekijä tulevissa viidennen sukupolven (5G) langattomissa tiedonsiirtojärjestelmissä ja sitä kautta jokaisen älylaitteen kanssa kävelevän arjessa. Siksi antenneista ja elinympäristöstämme, kuten rakennuksista, koostuvan radiokanavan uusien ominaisuuksien mallintaminen on tärkeää.

5G-järjestelmässä voidaan viestittää yhtäaikaisesti monille käyttäjille massiivisen antenniryhmän avulla. Tällaisen toiminnon testaaminen edellyttää radiokanavamallia, joka kuvaa paikasta riippuvia olosuhteita. Esimerkiksi parin askeleen liike pääkadulta poikkikadulle tai aukiolle voi muuttaa radio-olosuhteita merkittävästi.

Tutkimuksen keskeisenä sisältönä on sellaisen mallin kehittäminen, joka voidaan toteuttaa yksinkertaisen kartan ja sähkömagneettisen etenemisteorian avulla. Työssä osoitetaan simulointien avulla uuden karttapohjaisen mallin kattavuus ja hyödyllisyys. Lisääntyvä tietoliikenne, ei vain ihmisten vaan myös koneiden välillä, edellyttää uusien taajuusalueiden käyttöönottoa. Korkeammilla taajuuksilla, ns. millimetriaalloilla, esimerkiksi käyttäjän läheisyys laitteeseensa vaikuttaa voimakkaasti radiosignaalin etenemiseen.

Kiinteästi asennettavat tukiasemat joutuvat hyödyntämään aiempaa enemmän antenniryhmiä ja sopeutumaan mahdollisesti nopeasti muuttuviin olosuhteisiin. Näiden 5G-laitteiden testaaminen muuttuvissa radio-olosuhteissa ei onnistu enää nykyisillä menetelmillä. Sen sijaan tarvitaan ns. säteilevää (OTA) testausta. Tässä tutkimuksessa on kehitetty menetelmiä ja testausympäristöjä vaimennettuun radiokaiuttomaan huoneeseen. Menetelmien tarkoituksena on matkia todellisia radio-olosuhteita kontrolloidussa laboratoriotilassa testilaitteiden avulla. Työn tuloksena saatiin hahmoteltua toteuttamiskelpoinen menetelmä, joka on myös ehdotettu standardointifoorumille (3GPP).