Was ist die 5G-Technologie? | Corning

Anders als ihre Vorgänger hat die fünfte Generation der drahtlosen Netzwerktechnologie deutlich mehr zu bieten als nur schnellere Handys. Das Zusammenspiel der Technologien, die 5G ermöglichen, wird die Art und Weise, wie wir mit Geräten umgehen und wie sie miteinander interagieren, grundlegend verändern.

5G wird bis zu 10-mal schneller sein als LTE, hinzu kommen die stark reduzierten Latenzzeiten*. Dies bedeutet, dass datenintensive Technologien, bei denen die Zuverlässigkeit entscheidend ist, schon bald alltägliche Realität werden: Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR), Künstliche Intelligenz (KI/AI), Telemedizin ( u.a. ferngesteuerte chirurgische Eingriffe), autonome Fahrzeuge, das Internet der Dinge (IoT) und vieles mehr. 

*ITU-R IMT 2020

5G bietet nach heutigen Standards ein wahnsinnig schnelles Netz. Mehr noch: 5G erfüllt endlich die wachsende Nachfrage nach schnelleren, flexibleren und zuverlässigeren Wireless-Breitbanddiensten. Eine neue Ära kabelloser Dienste und Anwendungen bricht an...

5G-NR oder 5G New Radio ist eine Weiterentwicklung der LTE-Luft-/Funkschnittstelle:

• mit maximaler Frequenzbandbreite von 400 MHz (LTE: 20 MHz)
• mit Umsetzungsmodus F1: nutzt Frequenzen unter 6 GHz (Sub-6 GHz)
• mit Umsetzungsmodus F2: nutzt den Frequenzbereich ab 24 GHz (Millimeterwellen oder mmWave genannt)

Die Maximalgeschwindigkeit hängt davon ab, welche Frequenzen dem Mobilfunkbetreiber zur Verfügung stehen und wie er sein 5G-Netz konfiguriert. Im besten Fall werden Netz-Spitzengeschwindigkeiten von 20 Gbit/s (das 20-fache des heutigen LTE) und User-Datenraten von 100 Mbit/s (das 10-fache des heutigen LTE) erwartet.

Das Mehrantennensystem MIMO – Multiple Input, Multiple Output (MIMO, ausgesprochen: mei-moh) – ist eine Methode zur Vervielfachung der Kapazität einer Funkverbindung durch die Verwendung mehrerer Sende- und Empfangsantennen. MIMO wird in großem Umfang bei Wi-Fi und LTE eingesetzt, um Laptops und mobilen Geräten einen besseren Empfang zu bieten. In der Regel beträgt die Anzahl der Antennen am Wi-Fi-Access Point oder Funkzellenstandort zwischen zwei und acht.

Massive MIMO besteht aus:

• Antennenfelder: Jedes „Antenna Panel“ kann Hunderte von Antennen enthalten.
• Beamforming: Jede Antenne in einem Panel wird digital gesteuert. Anstatt ein breites, ungerichtetes Signal auszusenden, gruppieren die internen Steuerungen mehrere Antennen, um einen Mobilfunk-Strahl direkt auf ein bestimmtes Mobilgerät zu richten. Durch den Richtstrahl wird die Signalqualität erheblich verbessert, was wesentlich höhere Datenübertragungsraten ermöglicht. Die Antennengruppe, die den Strahl erzeugt hat, ist außerdem besser in der Lage, das Signal vom Mobilgerät zu empfangen.
• Räumliche Vielfalt: Da sich die gebündelten Strahlen nicht kreuzen, können Massive-MIMO-Panels dank Beamforming dieselbe Frequenz zur Unterstützung aller Geräte verwenden, sodass weniger Spektrum für mehr Geräte benötigt wird.
• Multiuser-MIMO: Bereiche, in denen mehrere 5G-Endgeräte gruppiert sind, können mit einem Paketstrom versorgt werden, der Nachrichten für alle Geräte in einzelnen Datenpaketen enthält, was die Effizienz des Netzes erhöht.

Zu den Hauptvorteilen von Massive MIMO für das Netz und die Mobilfunkbetreiber zählen:

• Erhöhte Netzkapazität: Deutlich mehr Teilnehmer können das Netz gleichzeitig nutzen, ohne Leistungseinbußen zu verursachen.
• Verbesserte Abdeckung: Die Mobilfunknutzer profitieren von einer durchgängigen Netzabdeckung und können fast überall, auch an den Rändern der Zellen, mit einer hohen Datenübertragungsrate rechnen.
• Hohe Kundenzufriedenheit: Mobilfunknutzer profitieren von verbesserter Kapazität und Abdeckung bzw. einem insgesamt positiveren Anwendererlebnis.

uRLLC ist die Abkürzung für„Ultra Reliable and Low Latency Communications“ – extrem zuverlässige Kommunikation mit geringer Latenzzeit – d.h. der ausfallsichere 5G-Einsatz für besonders zeitkritische Anwendungen. Es handelt sich um eine Kombination von Software- und Hardwaretechniken, die hohe Verfügbarkeit, niedrige Latenz und z.T. Begrenzung der Signalschwankungen (Jitter) bietet – speziell für die Leistungsanforderungen von besonders sensiblen Anwendungen.

Das „3rd Generation Partnership Project“ (3GPP) ist eine weltweite Kooperation von Standardisierungsgremien, darunter das „Europäische Institut für Telekommunikationsnormen“ (ETSI). 3GPP hat in seinen Veröffentlichungen #16 und #17 verbindliche Spezifikationen für uRLLC festgelegt. Dazu zählen:

• Massive MIMO-Antennendiversität zur Aufrechterhaltung mehrerer Verbindungen zu einem angeschlossenen Gerät
• Mehrere Verbindungen zu einem angeschlossenen Gerät über mehrere Antennen
• Privilegierte Flows für den vorrangigen Zugriff auf den Funk-Uplink/Downlink
• Zuweisung von Reservierungen in den Systemen für privilegierte Flows
• Edge-Computing zur Unterstützung schneller Anwendungsreaktionen, indem entweder eine stand-alone Edge-Anwendung oder eine Teilmenge einer Cloud-Anwendung gehostet wird.

Anwendungsbeispiel: Bei einer ferngesteuerten medizinischen Operation muss die Rückmeldung an den Chirurgen so unmittelbar wie möglich erfolgen, um sicherzustellen, dass die Bewegungen des Chirurgen nicht durch Netzwerklatenz verlangsamt oder eingeschränkt werden. Für ein haptisches Feedback, bei dem der Arzt den Widerstand seines Skalpells beim Schneiden „spürt“, ist eine Round-Trip-Zeit von nur 1 ms notwendig. Edge Computing, privilegierte Datenflüsse und Ressourcenreservierungen tragen gemeinsam dazu bei, diese kritische Anforderung von 1 ms zu erfüllen.

Anfangs wird uRLLC eine Plattform für Anwendungsentwickler bereitstellen, um Services in Mobilfunknetzen zu entwickeln, die die schnelle, lokale Reaktionsbereitschaft ermöglichen, die für Industrieroboter, ferngesteuerte Chirurgie, Industrie 4.0 und andere zeitkritische/hochwertige Szenarien erforderlich ist.

Die Markteinführung der entsprechenden Systeme soll  ab 2022 erfolgen. Der technologische Rahmen von uRLLC wird sich im Laufe der Zeit und auf Grundlage der gemachten Erfahrungen kontinuierlich weiterentwickeln.

Beim Network Slicing werden mehrere virtuelle Netzwerkelemente auf einer gemeinsam genutzten physischen Infrastruktur erstellt. Jedes virtuelle Netzwerk wird an die spezifischen Anforderungen von Anwendungen, Diensten, Geräten oder Kunden angepasst.