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5G: So funktionit d neue Mobilfunk-Standard

Die logi­sche Weit­ent­wick­lung von LTE (4G) heißt 5G. Das revo­lutio­nit die Mobil­funk­nutzung, da mit einem neuen Netz gleich mehre Netz-Archi­tekturen gebaut und Anfor­de­rungen füllt wden.

Es gab bei den letzten Mobile-World-Congress-Tminen (vor Corona) in Barce­lona keinen Ausrüst und kaum einen Netz­be­treib, d nicht seine Produkte und Ideen für das "Zaub­netz" 5G präsen­tite. Die Deut­sche Telekom hatte schon 2015 im Rahmen d von ihr stark unt­stützten NGMN-Initia­tive ("Next Gene­ration Mobile Network") zur Pres­se­kon­fe­renz gufen. "2020 muss das neue Ding da sein", fordte d dama­lige Telekom-CTO Bruno Jacob­feu­­born klar und unmiss­v­ständ­lich. Und d Tmin hat hinge­hauen.

Lange war nicht so ganz klar, wie das "neue 5G-Ding" aussehen könnte. Längst sind zahl­lose 5G-Netze in Betrieb. Wir geben einen Einblick in das, was 5G möglich machen kann.

5G hat die Grenzen dessen, was üb­haupt mit Mobil­netzen möglich ist, heb­lich wei­tt. Die Entwick­lung läuft in mehre Rich­tungen gleich­zeitig: Von "ultra-schnell" (ein bis mehre Gigabit pro Sekunde in ein Zelle; mindes­tens 50 bis 100 MBit/s beim indi­vi­du­ellen Nutz) üb "ultra-schnelle Antworten" (Ping-Zeiten) bis hinunt zu 1 ms Antwort­zeit vom Netz­wk, statt dzeit typisch 30-50 ms) hin zu "ultra-sparsam" (Dau­be­trieb eines p Mobil­funk ange­bun­denen Sensors mit ein handels­üb­li­chen Battie für zehn Jahre) reicht das Spek­trum.

Endge­räte können auch direkt mit anden Endge­räten Daten austau­schen, zwar auto­ri­sit üb die Basis­sta­tion, ab ohne Umweg üb die Basis­sta­tion. Nicht zuletzt: Die von den Netzen trans­por­tite Gesamt­da­ten­menge hat sich vviel­facht und kann sich bald vtau­send­fa­chen, während d Gesamt­strom­v­brauch sinken soll, das Ziel wäre eine Halbie­rung.

Haus­for­de­rung ange­nommen

5G kann eigentlich 2 stellig, wenn auch nicht üball. 5G kann eigentlich 2 stellig, wenn auch nicht üball.
Bild: vyus.de
Es gehört zu den Gesetzen d Branche, dass solche Haus­for­de­rungen in d TK-Indus­trie regel­mäßig eine gewisse Aufbruchs­stim­mung auslösen. Die tech­nolo­gischen Entwick­lungen, die darauf basie­renden Stan­dar­di­sie­rungen, die konkreten Produkt­ent­wick­lungen und die nötigen Int­ope­ra­bi­li­täts­tests sind ein pma­nent sich weit entwi­ckelnd Prozess.

Zwei Jahre vor dem eigent­lichen Wunsch­tmin star­tete 5G in Süd-Korea (zur Wint-Olym­piade 2018). Fix war die Schweiz (5G seit 2019), und auch in Deutsch­land gingen beits 2019 die sten 5G-Netze bei d Telekom und Voda­fone in den öffent­li­chen Wirk­be­trieb, wobei Voda­fone für sich rekla­mit, "st" gewesen zu sein.

In den USA ist "5G-Amica" sehr weit voran­geschritten. T-Mobile USA nimmt für sich in Anspruch, das größte 5G-Netz "nation­wide" zu betreiben, was nach allem, was bekannt ist, wohl stimmt.

Entwick­lung beschleu­nigt sich

2015 zeigte icsson auf dem Mobile World Congress ein "mobiles" Endgät ("mobil" im Sinne von: "kann geschoben wden") mit 5 GBit/s. D südko­rea­nische Netz­be­treib SK Telecom gab damals an, darüb schon 7,5 GBit/s reicht zu haben. 2016 hatten icsson, ZTE und viele ande beits die 20 GBit/s üb­schritten. Und das ist noch lange nicht das Ende d Fahnen­stange.

Doch bei all Begeis­tung heißt es aufpassen: Nicht üball, wo 5G drauf­steht, ist wirk­lich 5G drin. In den USA beispiels­weise zeigen bestimmte Handys auch in den 4G-LTE-Netzen mitunt beits "5G" an.

Dutzende od gar hundte Antennen auf einmal

Die Stei­ge­rung d Gesamt­ka­pa­zität eines Netzes kann durch vschie­dene Maßnahmen reicht wden:

  • Besse Modu­la­tion
  • ange­passte Duplex-Vfahren
  • bis hin zu full duplex
  • Vdich­tung d Zellen
  • Nutzung brei­t Frequenz­bänd
  • mehr Antennen pro Zelle

Eine Maßnahme alleine reicht dabei nicht. Man kommt nicht umhin, mehre Maßnahmen zu kombi­nien, um die Ziele zu rei­chen.

Massive-MIMO-Antenne von ZTE Massive-MIMO-Antenne von ZTE
Bild: vyus.de
ZTE zeigte in Barce­lona eine ange­sichts d 256 einzelnen enthal­tenen Antennen, Endv­stärk, Empfäng und zuge­hö­rigen Base­band-Einheiten staun­lich kompakte massive-MIMO-Antenne. Diese vsorgte mit einem ledig­lich 20 MHz breiten LTE-Frequenz­band im soge­nannten TDD-Modus (in diesem senden Basis­sta­tion und Endge­räte abwech­selnd auf dselben Frequenz) insge­samt ein Dutzend normale LTE-Endge­räte mit jeweils um die 35 MBit/s. In Summe wurden somit gut 400 MBit/s in ein Zelle üb­tragen. Mit hkömm­li­chen 4x2-MIMO (4 Antennen auf Seiten d Basis­sta­tion, je zwei im Endgät) und TDD wäre hingegen nur ein Vitel dies Gesamt­band­breite reicht worden.

Möglich­keiten und Limi­tie­rungen von MIMO und Beam­for­ming

ZTE stellte die Möglich­keiten und Grenzen vor: Deut­liche Band­brei­ten­stei­ge­rung als auch die Limi­tie­rungen von MIMO und Beam­for­ming: Die V-64-fachung d Zahl d Anten­nen­ele­mente auf d Seite d Basis­sta­tion bringt nur eine Vvi­fa­chung des Gesamt­durch­satzes. Kritik geben imm wied zu bedenken, dass MIMO ständig "ov promised" und "und deli­ved" gewesen sei.

MIMO allein kann die nötige Kapa­zi­täts-wei­te­rung nicht leisten. Deswegen wird fort­lau­fend üb weite, zusätz­liche Frequenz­bänd nach­ge­dacht und disku­tit. In den USA sind beits 26 GHz und 60 GHz (soge­nannte Milli­met­wellen) in Benut­zung, in Europa sind diese Frequenzen noch nicht vgeben. Strah­len­gegn bekommen schon "Kopf­schmzen", wenn sie üb diese Frequenzen nur nach­denken.

Welche Probleme diese jedoch mit sich bringen, lesen Sie auf Seite 2 unses 5G-Arti­kels.

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