Komponenten mit geringem PIM und Innenantennen: Zwei Kernelemente eines leistungsstarken 5G-DAS

Beim Aufbau eines verteilten Antennensystems (DAS) für 5G in Innenräumen konzentrieren sich die meisten Menschen auf Verstärker und Signalquellen. Was die Obergrenze des Systems jedoch tatsächlich bestimmt, sind zwei weniger spektakuläre Faktoren: passive Komponenten und Antennen. Genauer gesagt: passive Bauteile mit niedrigem PIM-Wert und an die jeweiligen Einsatzbedingungen angepasste Innenantennen.

Werden diese Punkte falsch umgesetzt, werden die Modulation höherer Ordnung, MIMO und die rauscharmen Verstärker für den Uplink bei 5G nicht ihre volle Leistung entfalten können.

1. Warum “Low PIM” kein Werbegag, sondern eine zwingende Voraussetzung ist

PIM (Passive Intermodulation) ist ein nichtlineares Verzerrungsprodukt, das entsteht, wenn mehrere HF-Signale mit hoher Leistung auf unvollkommene Metallkontakte treffen. Seine schlimmsten Eigenschaften:

• Fällt in das Uplink-Band und erhöht dadurch direkt den Rauschpegel
• Das Problem lässt sich nicht durch eine Leistungserhöhung beheben – mehr Leistung verschlimmert es nur noch
• Zersetzt sich im Laufe der Zeit und unter Umwelteinflüssen (Vibrationen, Temperaturschwankungen, Oxidation)

Bei 5G-DAS-Systemen, bei denen mehrere Frequenzbänder im Bereich um 3,5 GHz sowie umgenutzte 4G-Bänder nebeneinander bestehen, ist das PIM-Risiko deutlich höher als in der 3G/4G-Ära. Ein einziges von schlechter Qualität Leistungsteiler oder eine Überbrückung kann die Empfangsempfindlichkeit der Zelle über eine gesamte Etage hinweg um mehr als 10 dB beeinträchtigen.

Bei Komponenten mit niedrigem PIM-Wert geht es nicht nur um ein gutes Datenblatt. In der Technik sind vor allem drei Zahlen entscheidend:

• PIM dritter Ordnung (IM3): Typische Anforderung ≤ -150 dBc (bei 2 × 43 dBm Trägern). Viele 5G-DAS-Projekte verlangen mittlerweile -163 dBc oder sogar -165 dBc.
• Stabilität und Beständigkeit: Die PIM-Werte von 20 Proben derselben Charge sollten nicht um mehr als 10 dB voneinander abweichen. Andernfalls wird die Probenahme vor Ort zu einem Glücksspiel.
• Stabilität unter mechanischer Beanspruchung: Der PIM-Wert sollte bei Klopfen oder Vibrationen nicht um mehr als 10 dB schwanken.

Bei der Auswahl von Leistungsteilern mit niedrigem PIM-Wert, Kupplungen, oder Belastungen – achten Sie nicht nur auf den “Nennwert”. Fragen Sie den Hersteller: Wie viele Tests? Wurden die Tests nach Temperaturwechselbeanspruchung durchgeführt? Wie groß war die Stichprobe?

2. Zimmerantennen: Eine gute Abdeckung ermöglicht die Unterdrückung von Störungen

Innenantennen werden oft als “nur das letzte Stück Kabel” betrachtet. Dabei sind sie für zwei Dinge entscheidend: Gleichmäßigkeit der Signalverteilung und Systemisolierung.

Zwei gängige Antennentypen in 5G-DAS:

• Rundstrahl-Deckenantennen – geeignet für Großraumbüros und Flure. Allerdings ist die “Omni”-Charakteristik nicht vollkommen gleichmäßig; an den Rändern nimmt die Verstärkung schnell ab. Bei Deckenhöhen über 3 m ist das Signal direkt unter der Antenne stark, in den Ecken jedoch schwach. Lösung: Verringern Sie den Abstand zwischen den Antennen auf 15–18 m, anstatt die Leistung zu erhöhen.
• Richtantennen für die Wandmontage / Paneelantennen – wird für lange, schmale Räume (Tunnel, unterirdische Gänge) oder zur Grenzkontrolle eingesetzt. So kann beispielsweise eine einzelne 60°-Plattenantenne, die in einer Aufzugslobby nach innen gerichtet ist, die Abstrahlung um mehr als 15 dB reduzieren.

Eine immer wieder übersehene Falle: Polarisationsfehlanpassung. Bei vielen 5G-DAS-Installationen kommen für MIMO doppelt polarisierte Antennen mit ±45° zum Einsatz. Wenn die Deckenantenne Ist die Polarisation einseitig, leidet die Uplink-Leistung spürbar darunter. Es funktioniert zwar weiterhin, aber eines ist klar: Der Durchsatz halbiert sich bei Dual-Stream-MIMO.

3. Geringe PIM-Werte + die richtige Antenne = ein geschlossener Regelkreis

Komponenten mit niedrigem PIM-Wert sorgen für ein sauberes Rauschgrundniveau des Systems. Antennen stellen sicher, dass die Leistung zielgerichtet und ohne Streuung an den richtigen Ort geleitet wird. Diese Faktoren müssen gemeinsam und nicht getrennt voneinander betrachtet werden.

Beispiel: Nachrüstung eines Krankenhauses mit einem 5G-DAS-System. Ursprünglich wurden Standard-PIM-Leistungsteiler (ca. -130 dBc) sowie Deckenantennen mit geringer Verstärkung verwendet. Der RSRP-Wert war akzeptabel, doch der SINR-Wert blieb unter 15 dB, wobei der Durchsatz im Uplink und Downlink asymmetrisch war. Die Untersuchung ergab:

• PIM-Produkte aus Splittern erhöhten das Grundrauschen um 6 dB
• Eine unzureichende Isolierung zwischen den Antennen führte zu Gleichkanalstörungen.

Nach dem Austausch gegen Splitter mit -160 dBc und der Umstellung einiger Antennen auf Richtantennen mit hohem Vor-Rück-Verhältnis verbesserte sich der SINR auf 23 dB, und der Uplink-Durchsatz verdoppelte sich.

4. Technische Checkliste (direkt verwenden)

Achten Sie bei der Auswahl passiver Bauteile mit niedrigem PIM-Wert auf Folgendes:

• Bei welcher Sendeleistung wurde der PIM-Wert gemessen? (2 × 33 dBm oder 2 × 43 dBm?)
• Dynamischer Test oder statische Einzelmessung?
• Material und Beschichtung der Steckverbinder (Kupfer-Silber / Kupfer-Weißbronze?)
• Ist das erforderliche Drehmoment auf dem Bauteil angegeben?

Achten Sie bei der Auswahl von DAS-Antennen für den Innenbereich auf Folgendes:

• Die Bandunterstützung umfasst 3,5 GHz / 4,9 GHz (insbesondere für die Weiterentwicklung von 5G)
• Polarisation (einfach oder doppelt?)
• Gemessene Strahlungscharakteristik im Vergleich zur Simulation (wird der Anbieter die Daten zur Verfügung stellen?)
• Niedrige PIM-Werte? (Auch Antennen können PIM erzeugen, insbesondere bei beweglichen Elementen)

5. Wann sollte man auf höhere Spezifikationen umsteigen?

Nicht in jedem Fall sind -163 dBc erforderlich. Ziehen Sie jedoch Komponenten mit niedrigem PIM-Wert und Hochleistungsantennen in Betracht, wenn:

• Betreiberunabhängiges DAS mit mehreren Betreibern
• Der Standort befindet sich in der Nähe von Sendemasten oder Radaranlagen (starke externe Signale)
• Der Uplink-Durchsatz ist ein strenges Akzeptanzkriterium (Video-Backhaul, IoT-Uploads)
• Der Standort erfordert einen wartungsfreien Betrieb von mindestens 5 Jahren

Komponenten mit niedrigem PIM-Wert sind zwar in der Anschaffung 10–15% teurer, sparen aber später 80% an Zeit bei der Fehlerbehebung von Uplink-Störungen ein. Dieser Kompromiss spricht im 5G-Zeitalter zunehmend für Komponenten mit niedrigem PIM-Wert.