Vergleich von 5G-Simulationstools – iBwave Design Enterprise vs. Ekahau Private 5G (Teil 3)

Es sind zusätzlich zu den Wänden einige Säulen vorhanden, die in der Simulation mit auffallen müssen, da diese aus stark dämpfendem Stahlbeton gebaut sind. Ähnliches gilt für den Aufzug, der im linken Treppenhaus eingebaut ist. Dieser ist aufgrund der massiven Metallbauweise ein sehr starker Signaldämpfer.

Abbildung 1: Materialeigenschaften iBwave

Einzeichnen der Wände und Festlegung der Materialeigenschaften

Bevor eine Simulation erstellt werden kann, muss der Simulationssoftware das Umfeld – wie die Fläche bzw. das Gebäude, das später mit Mobilfunk versorgt werden soll – bekannt gemacht werden. Hierfür reicht es nicht aus, einen Grundriss des Gebäudes in die Software zu laden, sondern es muss die gesamte Fläche bzw. der Teil des später zu versorgenden Gebäudes modelliert werden. Ekahau bietet zwar die Möglichkeit, die Wände aus Gebäudeplänen zu erkennen und zu importieren, jedoch funktionierte dieses Feature in meinem Test nicht ausreichend zuverlässig. Dies bedeutet, dass alle Wände, Türen, Decken, Fenster und evtl. auch Inneneinrichtungen händisch eingezeichnet werden müssen. Der Modellierung muss auch pro Objekt ein Material zugewiesen werden, wie Holz, (Stahl-)Beton, Leichtbauwand oder Glas. Jedes dieser Materialien hat unterschiedliche Auswirkungen auf die Ausbreitung der Signale der Funktechniken. Aus diesem Grund ist es absolut notwendig, dass für eine Simulation jeglicher Funktechnologie alle Objekteigenschaften möglichst detailliert bekannt sind.

Abbildung 2: Materialeigenschaften Ekahau

iBwave und Ekahau bieten jeweils eine Datenbank mit Materialien einschließlich der notwendigen Eigenschaften, die für eine Simulation von Funktechniken notwendig sind. Zum einen ist der Übertragungsverlust wichtig, der die Dämpfung des Materials in dB beschreibt. Ekahau und iBwave nutzen diesen Wert. Die elektrische Leitfähigkeit in S/m (Siemens pro Meter) wird nur in iBwave verwendet. Werden beide Datenbanken verglichen, fällt bereits der erste Unterschied zwischen Ekahau Private 5G und iBwave Design auf. Bei Ekahau wird jedem Objekt eine feste Dämpfung zugeordnet, beispielsweise 12 dB für Beton. Bei iBwave Design hingegen werden die Dämpfungen für unterschiedliche Frequenzbereiche angegeben, da sich diese häufig voneinander unterscheiden. Zudem gibt es pro Materialtyp weitere Unterkategorien. Beton ist beispielsweise weiter aufgeteilt in Zement, Stahlbeton usw. Eine kleine Übersicht ist in Abbildung 1 und Abbildung 2 zu sehen. Diese Unterscheidung ist notwendig, da hohe Frequenzen wesentlich anfälliger für Hindernisse sind als niedrige. Daher sind Funktechnologien, die hohe Reichweiten erzielen sollen, im niedrigen Frequenzbereich angesiedelt. Als Beispiel für solche Technologien sind LoRaWAN, mioty, Sigfox und viele weitere IoT-Technologien zu nennen. Speziell die Durchdringung von Kellergeschossen ist mit niedrigen Frequenzen wesentlich effektiver und einfacher zu realisieren als mit hohen Frequenzen, da dort häufig viel Stahlbeton zum Einsatz kommt. Ein weiteres Beispiel für diese Eigenschaft betrifft 5G. Bei der Einführung von 5G wurde schnell bekannt, dass für eine flächendeckende Versorgung mit hohen Datenraten in Deutschland eine hohe Anzahl neuer Mobilfunkstandorte aufgebaut werden muss. Dies ist ebenfalls auf die hohe Frequenz von 3,3 – 3,8 GHz zurückzuführen. Das sogenannte Millimeterwave (mmWave) genannte Frequenzband 2 für 5G, das bei etwa 26 GHz betrieben wird, scheitert bereits an der Durchdringung einfacher Leichtbauwände und ist daher hauptsächlich für die Nutzung in Innenstädten und Industriehallen brauchbar.

Aus diesem Grund ist die Betrachtung der Dämpfungseigenschaften in unterschiedlichen Frequenzbereichen notwendig, um ein möglichst realistisches Ergebnis zu erhalten. Aufgrund der wesentlich größeren Auswahl an Technologien in unterschiedlichen Frequenzbereichen, die iBwave unterstützt, führt eine solch detaillierte Betrachtung zu präziseren Ergebnissen. Ekahau legt den Fokus aktuell auf die Frequenzbereiche für WLAN (2,4, 5 und 6 GHz), Bluetooth (2,4 GHz) und Mobilfunk (2,5 – 7 GHz).