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Vorbereitung für 5G

Getting ready for 5G

Ericsson prognostiziert, dass bis 2023 jedes aktive Smartphone in Nordamerika 48 Gigabyte Daten pro Monat verbrauchen wird. Das ist grob gesagt das Siebenfache im Vergleich zu 2017. Auf weltweiten Märkten ist dieser Trend gleich, angetrieben durch Verbesserungen in unseren Smartphones, zunehmend datenlastigen Inhalten und besseren, erschwinglicheren Datentarifen.

Während Smart Homes, Cities und Industries sich mit der Cloud verbinden, eröffnen sich ganz neue Anwendungen in zahlreichen vertikalen Branchen mit anspruchsvollen Anforderungen für Netzwerkkapazität und -fähigkeit einschliesslich Latenzzeiten unterhalb einer Millisekunde und der Fähigkeit, über eine Million Geräte pro Quadratkilometer zu bedienen. Eine neue Generation von Mobilfunknetzwerken wird erforderlich sein, um vorhandene 4G‑Netzwerke umzugestalten und die Reichweite von Mobilfunktechnologien in neue vertikale Märkte, wie den Automotive‑Bereich, Satelliten oder Kabel, zu erweitern.

Die Antwort der Industrie auf die erhöhte Netzwerkkapazität und eine hypervernetzte Gesellschaft ist in Richtung 5G‑Mobilfunkkommunikation zu sehen. 5G ist die fünfte Generation der Standards in der Mobilfunktechnologie, die hauptsächlich von der 3GPP-Initiative definiert wird, der Standardisierungsorganisation für die Definition von weltweiten Standards der Mobilfunkkommunikation.

1G Mobilfunktechnologie (die nie so genannt wurde) bot drahtlose Sprachkommunikation auf Basis von analogen Technologien. Mit jeder Nachfolgegeneration von 2G zu 3G zu 4G haben Daten an Wichtigkeit gewonnen, während Reichweite und Kapazität vergrössert wurden. Heute sind wir bei 4G‑Netzwerken angelangt, die primär für Daten konzipiert wurden, mit Datenraten, die bis zu 40'000‑mal schneller sind als bei den Technologien der ersten Generation. 5G‑Netzwerke sind für diese Trends ein weiterer wichtiger Schritt nach vorne, wobei sie gleichzeitig komplett neue Dienste und Anwendungen ermöglichen.  

Nicht nur schneller...

5G‑Standards werden von der 3GPP‑Initiative in zwei separaten Releases definiert. Die erste Phase, Release 15, wurde Mitte Juni 2018 verabschiedet. Release 16 soll bis Dezember 2019 abgeschlossen sein. Zusammen nehmen sie zukünftige Anforderungen in Angriff und ermöglichen neue Dienste durch drei wichtige Nutzungsszenarien: verbessertes mobiles Breitband (eMBB), extrem geringe Latenzzeiten und hohe Zuverlässigkeit (uRLLC) sowie massive Machine‑type Communications (mMTC).

eMBB erweitert das Spektrum, das für Mobilfunkkommunikation vorgesehen ist, auf deutlich höhere Frequenzen, die Daten mit schnellerer Geschwindigkeit übertragen. Dazu könnten Mobilfunkmasten mit mehr als einhundert Antennen ausgestattet werden, die alle gleichzeitig Signale empfangen und aussenden, wobei dazu MIMO‑Technologie (Multiple Input Multiple Output) in grossem Stil genutzt wird. Um sicherzustellen, dass Daten im gesamten Netzwerk zuverlässig und sicher zugestellt werden, kommt eine Reihe von hochentwickelten Technologien zum Einsatz, wie etwa Beam Forming (Strahlformung), das Signale mit Datenpaketen auf dem optimalen Weg an Endbenutzer sendet.

Die Buchstabenfolge „uR“ im Begriff uRLLC steht für „ultra‑reliable“, also äusserst zuverlässig, und das ist keineswegs übertrieben. Bei 5G‑Standards muss die Ausfallrate bei 10-5 liegen, verglichen mit 0.05 heute. Und die Anforderungen für die Latenzzeiten der Funkübertragung liegen bei weniger als einer Millisekunde ohne Unterbrechung, wenn sich die Benutzer von einer Mobilfunkzelle zur nächsten bewegen. Derartig beispiellose Zuverlässigkeit bereitet den Weg für eine neue Innovationswelle in industrieller Automatisierung, für unbemannte Fahrzeuge und im Gesundheitswesen bis hin zu ferngesteuerten medizinischen Operationen. 

Und schliesslich wird mMTC weiterhin die Entwicklungen in der LPWA‑Kommunikation entfalten (Low‑Power‑Wide‑Area) (z. B. NB‑IoT und LTE Cat M1) mit 5G LTE in Release 16 und höher. Dies wird dazu beitragen, dass eine Gerätedichte von einer Million Geräten pro Quadratkilometer erreicht wird, wobei Batterielaufzeiten von 15 Jahren möglich sind und ausgesprochen gute Reichweiten von bis zu 400 km erzielt werden könnten. Die meisten dieser Verbesserungen werden auf Kosten von verringerten Spitzendatenraten erreicht, durch Verringerung der Modem‑Komplexität und Wiederholung von Übertragungen für verbesserte Reichweite, nicht nur in Innenräumen, sondern auch in Kellergeschossen und unter der Erde. Parallel dazu werden neue Lösungen, NR‑IoT, für industrielle Anwendungen für den Betrieb mit der 5G New Radio (5G NR) Luftschnittstelle konzipiert, um uRLLC‑Funktionen in Release 16 auszunutzen.

Es dauert noch ein paar Jahre

5G wurde erstmalig während der Winterolympiade in Pyeongchang eingesetzt, wo es zum Senden von eindrücklichen Live HD‑Bildern der sportlichen Wettkämpfe in Virtual Reality genutzt wurde. Es ist kein Zufall, dass China, Korea und Japan den Wandel zu 5G vorantreiben, wobei auch Grossbritannien und die Vereinigten Staaten dabei sind.

Netzwerke werden sich entwickeln, in denen vorhandene NB‑IoT- und LTE‑M-Technologien sowie ihre Entwicklungen in die 5G-Ära eingebunden sind. Allerdings wird 5G NR Standalone (SA) neue Netzwerkinfrastruktur erforderlich machen. Die weltweite Einführung von Netzwerken wird allerdings ein paar Jahre in Anspruch nehmen. Die Fertigstellung von 5G‑Funkspezifikationen in Phase 1 war sicherlich ein grosser Schritt hin zum kommerziellen Einsatz von 5G. Die Wartezeit wird natürlich unsere Geduld auf die Probe stellen, aber positiv gesehen, wird es allen Beteiligten Zeit geben, sich umfassend auf 5G vorzubereiten.