5G Technologie

eMBB (Enhanced Mobile Broadband) – das ultra-schnelle mobile Breitband
5G liefert Datenraten im Bereich von bis zu 10 Gbit/s und unterstützt damit virtuelle Anwendungen wie VR (Virtual Reality), AR (Augmented Reality) und hochauflösende Videos (4K oder 8K-Videos). Diese Anwendungen benötigen hohe Datenraten und große Kapazitäten und werden auch für den Ausbau als Festnetz-Ersatz für dünn besiedelte Gebiete eingesetzt.

mMTC ((Massive Machine Type Communications) – die Kommunikation zwischen Maschinen und Anwendungen
In Zukunft steht das Vernetzen mit Dingen immer mehr im Vordergrund. Industrie 4.0, Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) oder das Internet der Dinge (Internet of Things – IoT) beschreiben die Vernetzung von Maschinen und Geräten aller Art. Alle diese Anwendungen haben eine Gemeinsamkeit: Sie übertragen nur kleine Datenmengen, dabei steigt die Zahl der vernetzten Geräte rasant. Die Übertragungsgeschwindigkeit spielt bei diesen Anwendungen nur eine untergeordnete Rolle, eine wichtige Anforderung hingegen ist der geringe Energieverbrauch.

URLCC (Ultra-Reliable and Low Latency Communications) – ein Hoch-Zuverlässigkeitsnetz mit kurzen Antwortzeiten
Für zeitkritische Anwendungen wie das autonome Fahren oder schnell ablaufende Prozesse in der Medizin und Industrie, müssen die Informationen ultraschnell in Echtzeit zuverlässig übermittelt werden. Das 5G Netz mit einer Latenzzeit im Bereich von bis zu 1ms liefert die beste technische Basis für diese Anwendungen.

Carrier Aggregation (CA) – Frequenz Kanalbündelung
Eine höhere Bandbreite wird technisch realisiert mit Hilfe einer Kanalbündelung (Carrier Aggregation). Dabei werden die Funkfrequenzbereiche (Kanäle in einem Frequenzblock) eines Netzbetreibers gebündelt. Dem Nutzer werden mehrere einzelne Frequenzblöcke (Carrier) zugewiesen, wodurch sich die Datenrate pro Nutzer erhöht. Je höher die Anzahl der Frequenzblöcke desto mehr erhöht sich die maximale Datenrate pro Nutzer. Durch die bessere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Frequenzen erhöht sich auch die Gesamtdatenraten pro Zelle.

Small Cells – vermehrte Integration von Small Cell (Kleinzellen) Netzwerken
Die heutigen Mobilfunknetze besitzen klassische Dachstandorte und freistehende Masten um die Flächenabdeckung der Netzkapazität in bestimmten Gebieten sicherzustellen. Mit 5G wird neben den weiter benötigten Dachstandorten verstärkt die Small Cell (Kleinzellen) Netzarchitektur gezielt ausgebaut. Small Cells sind bereits heute im Einsatz an Orten mit hoher Nutzerdichte wie zum Beispiel in Fußgängerzonen, Stadien, Festplätzen oder an anderen hoch frequentierten Plätzen. Small Cells ersetzen nicht die klassischen Mobilfunk-Standorte sondern ergänzen sie und erhöhen damit die Netzwerkkapazität in Gebieten mit besonders hoher Verkehrsdichte.

Massive Multiple Input Multiple Output (MIMO) – Mehrantennen-Systeme
Mit den Mehrantennen-Systemen (MIMO) wird ein spezielles Codierungsverfahren angewandt das zeitliche als auch räumliche Dimension zur Informationsübertragung (Space-Time-Coding) nutzt. Dadurch wird die Qualität, Zuverlässigkeit und Datenrate der mobilen Datenübertragung deutlich verbessert ohne zusätzliche Frequenzen dafür zu verwenden. Dies ist ein gewaltiger Vorteil, da die Frequenzen das wichtigste Kapital in der mobilen Datenübertragung sind.

Beamforming – gezielte Versorgung einzelner Nutzer
Eine Erweiterung bei den Mehrfachantennen-Systemen (MIMO) ist die gezielte Versorgung (Beamforming) der einzelnen Nutzer. Die Antennen Senderichtung wird angepasst, damit ein maximales Signal beim Nutzer ankommt. Die Funkwellen werden gebündelt, um eine präzise Ausrichtung des Signals in Richtung des Nutzers zu erreichen. Beamforming ist räumlich so ausgerichtet, dass einzelne Endgeräte mit dem zugewiesenen Signal direkt bei Sichtverbindung oder indirekt über Reflexionsflächen in der Umgebung angesprochen werden. Der Energiebedarf im Sender wird dadurch deutlich reduziert und es gibt ein klares Signal mit weniger Störungen. Daten können somit gleichzeitig an mehrere Mobilgeräte im gleichen Frequenzbereich übertragen werden. Die Sendeleistung kann auch entsprechend den Anwendungen flexibel angepasst werden. Durch die geringere Streuung der Sendeleistung wird die Effizienz deutlich erhöht.

Network Slicing – virtuell geteilte Netze
Unterschiedliche Anwendung und Nutzer haben ihre speziellen Qualitäts- und Kapazitätsanforderungen. Mit Hilfe der Network Slicing Technologie teilt der Netzbetreiber das gemeinsam benutzte physikalische Netz in mehrere virtuelle Netze auf, um damit die erforderlichen Qualitätsanforderungen der verschiedenen Anwendungen und Kundenbedürfnissen flexibel anbieten zu können. Dieser Dienst der Netzbetreiber, virtuelle Netze an den jeweiligen Anwendungsfall anzupassen, wird auch als „Network as a Service“ bezeichnet.

Mobile Access Edge Computing (MEC) – Intelligenz Verlagerung in die Nähe der Funkstation
MEC ist eine Netzwerkarchitektur für die Bereitstellung verteilter Services und Ressourcen am Rande des Netzwerks (in der Nähe der Funkstation). Dies ermöglicht eine geringere Reaktionszeit bei zeitkritischer Kommunikation. Multi Access Edge Computing ermöglicht die Realisierung einer Vielzahl von Anwendungen wie zum Beispiel: Augmented Reality/Virtual Reality, Autonomes Fahren, Steuerung von Verkehrsnetzen, Indoor-Positionsbestimmung, Internet der Dinge (IoT), vernetzte Prozesse der Industrie 4.0.