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Mobilfunknetze von morgen

»5G-Netze brauchen eine völlig neue Systemarchitektur«

2. Juli 2012, 10:43 Uhr | Frank Riemenschneider

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Wird 5G eine völlig neue Technologie benötigen?

Elektronik: Ist die Kapazität der Mobilfunk-Netzwerke für künftige Datenübertragungsraten überhaupt ausreichend?

Fettweis: Die der derzeitigen sicher nicht. Es gibt viele Ideen, was getan werden muss, aber die Probleme sind noch längst nicht gelöst.

Elektronik: Was sind denn die Anforderungen an die Halbleiter-Industrie, um Chips zu produzieren, die diese Wireless-Infrastrukturen mit 10 Gbit/s ermöglichen?

Truchard: Wir nutzen immer die neuesten High-End-Prozessoren und -FPGAs und parallelisieren massiv; wir können diese Architekturen mit Multi-Core-Prozessoren und FPGAs je nach Anforderung extrem skalieren.

Fettweis: Dazu kommt die Forschung an 3D-Chip-Stapeln, um so viel Leistung wie möglich bei minimalem Energieverbrauch zu bekommen. Dazu kommt noch die Preissensitivität bei gleichzeitig massiv mehr benötigter Rechenleistung. Wir müssen Systeme mit Millionen Cores bauen und herausfinden, wie das mit LabView möglich ist.

Elektronik: Ganz ehrlich, welche Datenübertragungsraten halten Sie in fünf und zehn Jahren für realistisch?

Fettweis: Sehen Sie, wir haben hier einen LTE-Wi-Fi-Router mit 25 Mbit/s, der wird in den nächsten fünf Jahren 600 Mbit/s erzielen, das ist relativ leicht erreichbar. Mit dem neuen Wi-Fi-Standard 802.11ac werden 3 Gbit/s erreicht.

Elektronik: Auch 10 Gbit/s in zehn Jahren?

Fettweis: Definitiv. Im Übrigen wird bei dieser Datenrate die Leistungsaufnahme der A/D- und D/A-Wandler zu der großen Herausforderung; das wird gerne vergessen. Vor Jahren war das erst der DSP, dann der Leistungsverstärker und jetzt plötzlich die Wandler, die 10 GS/s bei 8 bit Auflösung liefern müssen. Das funktioniert nicht, dann sind Sie energietechnisch tot!

Sie müssen also Konzepte mit geringeren Auflösungen entwickeln, neue Modulations- und Demodulationstechniken. Und wir haben bereits demonstriert, dass wir das können. Bei einer Implementierung in 20-nm-CMOS haben wir eine Leistungsaufnahme von 100 mW, das sind zwei Größenordnungen weniger als bei der Technologie, die derzeit in der Industrie zum Einsatz kommt.

Elektronik: Wie ist der aktuelle Stand bei LTE Advanced?

Truchard: Wir haben letztes Jahr 1 Gbit/s demonstriert, das wird sicher kommen.

Fettweis: Wir haben in Dresden eine LTE-A-Testinstallation; jeder in der Industrie testet gerade, ich darf auch sagen, getrieben durch unsere Installation in Dresden. Dasselbe haben wir auch mit 5G vor, auch dank NI-Equipment.

Elektronik: Wann kommt der Roll-out?

Fettweis: Zwischen 2015 und 2017. Es gibt immer so 5-Jahres-Investitions-zyklen, die Industrie hat stark in LTE investiert, also realistisch wohl 2017. Mit 1 Gbit/s pro Sektor.

Elektronik: Wird 5G eine völlig neue Technologie benötigen?

Fettweis: Ja. Wir müssen zu Reaktionszeiten zwischen Sensoren, Netzwerk und Aktoren im Bereich von 1 ms kommen, da bleiben für die Luftstrecke 100 µs. Wir müssen daher eine völlig neue Luftschnittstelle designen und eine neue Systemarchitektur, denn die heutigen Konzepte mit diversen Stacks und Betriebssystemen sind alle viel zu langsam. Dazu kommt der massive Einsatz von Sensoren, die mit einer Batterie leicht zehn Jahre betrieben werden können, dafür muss die Energieeffizienz um Faktor 1.000 gesteigert werden, und dafür brauchen wir ein neues Protokoll. Das ist die große Herausforderung.

Elektronik: Wo stehen Sie aktuell bei der 5G-Forschung?

Fettweis: Wir schauen, wo sind die Grenzen von 4G und 4,5G (LTE-A) und spezifizieren auf dieser Basis 5G. Ich glaube, dass wir mit unserer Arbeit die ganze Industrie hinsichtlich einer Standardisierung beeinflussen werden und gehen damit in wenigen Monaten an die Öffentlichkeit. Ich hoffe, da als Visionär
vorangehen zu können.