Technische


Herausforderungen rund um 5G


Technologie für die Leistungsfähigkeit des 5G-Netzes


Die erweiterten Funktionen von 5G bieten zahlreiche Vorteile für eine Vielzahl von Anwendungen in verschiedenen Bereichen. Um diese Vorteile zu nutzen, müssen Netzbetreiber jedoch erhebliche Investitionen in neue Technologien und Hardware tätigen. Dieser Beitrag befasst sich mit den wesentlichen Bestandteilen der 5G-Infrastruktur, einschließlich des Einsatzes von Kleinzellen (Small Cells), aktiver Antennensysteme (AAS) und der MIMO-Technik (Multiple Input Multiple Output), und erläutert die Komponenten und Geräte, die entwickelt werden, um den Anforderungen von 5G gerecht zu werden. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den wichtigsten technischen Herausforderungen von 5G: höhere Dichte, Funktionalität und Energieeffizienz.


Um die in ITU-R IMT-2020 (5G) definierten hohen Anforderungen zu erfüllen, war ein neuer Ansatz für das Netzwerkdesign erforderlich, der zu einer völlig neuen Funkschnittstelle führte: 5G NR (New Radio), die auf einer Reihe hochentwickelter Techniken basiert, darunter:


• Orthogonales Frequenzmultiplexing (OFDM) ist ein Signalmodulationsverfahren, bei dem eine große Anzahl eng beieinander liegender Unterträgersignale, die jeweils niedrige Datenraten aufweisen, parallel übertragen werden. OFDM ermöglicht HF- Übertragungen, die das Funkspektrum äußerst effizient nutzen und ist kompatibel zu hohen Datenraten und Bandbreiten.


• 5G nutzt ein breites Spektrum an Funkfrequenzen und drei unterschiedliche Ebenen (Bild 1), basierend auf den Anforderungen der Anwendung:


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Abdeckungsschicht <1 GHz


Kapazitätsschicht 1-7,125 GHz


Schicht mit hohem Durchsatz


24,25 – 52,6 GHz


Bild 1: 5G-Frequenzebenen (Source: https://www.slideshare. net/3G4GLtd/beginners-5g-spectrum-long-version)


• 1) Die „Abdeckungsebene“ (Coverage Layer) mit Frequenzen <1 GHz deckt große Flächen und tiefe Innenräume ab.


MASSIVE MIMO


• 2) Die „Abdeckungs- und Kapazitätsebene“ (Coverage and Capacity Layer) zwischen 1 und 6 GHz sorgt für den optimalen Kompromiss zwischen Kapazität und Abdeckung und schließt das Spektrum des C-Bands um 3,5 GHz mit ein.


• Mehrere Übertragungspunkte mit vielen verschiedenen steuerbaren Antennen


• Informationen werden direkt an das Gerät anstatt über die Zelle gesendet


jj k


• Wesentlich höherer Datendurchsatz & mehr Kapazität


Multi-User MIMO-Vorteile


Schnellerer Datendurchsatz


Hohe


Leistungsfähigkeit am Zellenrand


Hohe Kapazität


• 3) Die „Superdatenebene“ (Super Data Layer) von 6 GHz bis zum mmWave-Frequenzbereich von 30 GHz und höher stellt die große Bandbreite und hohe Datenrate gemäß der IMT2020-Spezifikation bereit.


Hochfokussierte Strahlen


• Beamforming und Multi-User MIMO (MU-MIMO) (Bild 2) sind wesentliche Bestandteile von 5G NR und ermöglichen, dass 5G über 1000 Geräte mehr pro Quadratmeter unterstützt als 4G. Daten werden schneller an noch mehr Nutzer übertragen – mit hoher Präzision und geringer Latenzzeit.


5G erfordert verschiedene Frequenzbänder Nicht-mmWellen-5G


Nicht-mmWellen-5G mmWellen-5G


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