5G-Mobilfunk-Übertragungstechnik (3GPP)

Anders als bei den vorherigen Mobilfunk-Generationen mit GSM, UMTS und LTE findet bei 5G keine grundlegende technische Umstellungen statt. Die bestehende LTE-Technik wird weiterentwickelt und optimiert. Beispielsweise auf höheren Datendurchsatz und geringere Latenz.

  • Multi-User-MIMO: Mehrere räumlich separierte Datenströme wie bei WLAN.
  • Antennenarrays für Vielfach-MIMO-Techniken
  • Beamforming: Gezieltes "Anfunken" der Empfänger, wie es von WLAN bekannt ist.
  • Multi-Richtstrahl-Technik: Extrem kleine Antennen mit hoher Richtwirkung, um einzelne Mobilgeräte gezielt mit einer hohen Übertragungsrate zu versorgen.
  • 3D-MIMO und Massive MIMO: Mehr Sende- und Empfangseinheiten in einem Endgerät.
  • Multi Carrier: Noch mehr gebündelte Frequenzbereiche.
  • Lean Carrier: Interferenzen zwischen Zellen senken, um die Übertragungsrate zu erhöhen.
  • WLAN-Offloading: Kombination von Frequenzen aus nicht-lizensierten Bändern mit lizensierten Frequenzbändern.
  • Verbesserung der Effizienz bei der Energieaufnahme und der Spektrumnutzung.
  • Neue Modulationsverfahren, um auch kleine Lücken im Frequenzspektrum leichter nutzen zu können.

Beamforming

Beamforming ist eine aktive Antennentechnik, die mit gerichteten Funkverbindungen einzelne Mobilgeräte zeitgleich und gezielt mit hoher Bandbreite versorgt.

Die zwangsweise Nutzung hoher Frequenzbereiche machen Mehrantennensysteme interessant. Es gilt, je höher die Frequenz, desto schlechter sind ihre Ausbreitungsbedingungen für die elektromagnetischen Wellen. Mit Mehrantennensystemen und Beamforming kann man dem teilweise entgegenwirken. Beamforming ermöglicht das räumlich zielgerichtete Aussenden und Empfangen von Funksignalen. Je mehr Antennenelemente zur Verfügung stehen, desto besser funktioniert das Beamforming.

Hinweis: Beamforming funktioniert dann am besten, wenn nicht zu viele Endgeräte in einer Funkzelle eingebucht sind.

Geringe Latenz (Ultra Low Latency)

Bei 5G soll die Latenz der Übertragung (Verzögerung) weniger als in einer Millisekunde sein.
In Tests wurde tatsächlich eine Latenzzeit von weniger als 1 ms erreicht.

Hinweis: Eine Ende-zu-Ende-Latenz von 1 ms ist aufgrund der Begrenzung durch die Lichtgeschwindigkeit (1 ms entspricht 300 km) nur dann möglich, wenn sich die Endpunkte nicht zu weit voneinander entfernt befinden. Das bedeutet, die kommunizierenden Endstellen müssen sich in der selben Funkzelle befinden. Die Endstellen müssen direkt und ohne ein Netzelement kommunizieren.

Der eigentliche Trick, der die kurzen Latenzen ermöglicht: Die Daten werden nicht vom Endgerät über die Basisstation in die Cloud übertragen, sondern nur bis zur Basisstation, in der sich ein Teil der Verarbeitungsintelligenz integriert ist. Das läuft dann unter dem Konzept des Edge und Fog Computing.

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