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Die Zukunft der Funkkommunikation

5G NR – die Luftschnittstelle konkretisiert sich

27. Februar 2017, 15:17 Uhr | Manne Kreuzer

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Für den Downlink ist die Situation entspannter......

Auch wenn OFDM für viele im 3GPP als gesetzt gilt, gibt es doch etliche Varianten dieser Modulation, die je nach Einsatzprofil ihre Stärken und Schwächen haben. Daher ist es wahrscheinlich, dass für die unterschiedlichen Anwendungsgebiete auch unterschiedliche OFDM-Varianten standardisiert werden. Das trifft besonders auf den Uplink (Gerät sendet Daten zum Netz) einer Verbindung zu, da hier die unterschiedlichsten Besonderheiten einer Anwendung, wie Low-Power-Anforderungen oder High-Speed-Datenübertragung, am stärksten aufeinandertreffen.

Für den Downlink (Netz sendet Daten an Gerät) ist nach Ansicht von 3GPP-Mitgliedern wie Qualcomm die Situation entspannter, hier sollte man sich auf ein oder zwei Modulationsvarianten einigen. Entscheidender sind in diesem Bereich die Dienste, die hinter dem Downlink stehen: So soll beispielsweise die LTE-Technologie NB-IoT weiterentwickelt werden, um für 5G NR geringere Latenzzeiten zu haben und einen effizienten OTA-Service (Over the Air) anzubieten, damit Firmware-Updates der Geräte per Broadcast verbreitet werden können. Denn eines ist leider klar: Die Notwendigkeit, Geräte zu patchen, die sich im Einsatz befinden, wird steigen! Damit wächst auch das Datenvolumen im Downlink an und 5G kann so seine Vorteile ausspielen gegenüber Mitbewerbern, die nur einige Bytes an Steuercodes an die Geräte übermitteln können.

Da man im IoT-Geschäft nur von wenigen Fixpunkten ausgehen kann, soll 5G flexibel und anpassungsfähig für zukünftige Marktentwicklungen sein, ohne dabei die Kompatibilität einzubüßen. Für die Luftschnittstelle 5G NR bedeutet das, nicht nur in der Frequenzdomäne flexibel zu sein, sondern auch in der Zeitdomäne. Damit sollen unter anderem die Latenzzeiten reduziert werden. So ist geplant das Transmission Time Interval (TTI) skalierbarer zu machen, um deutlich unter das 1-ms-TTI von LTE zu kommen. Zusätzlich soll das TTI Multiplexing sich an Symbol-Grenzen orientieren und nicht an den Subframes, um so Latenz-sensible Übertragungen möglichst rasch auf den Weg zu bringen, statt auf den Anfang eines neuen Subframes warten zu müssen. Auch die Subframes selbst sollen für eine geringere Latenz optimiert werden, indem die Datenübertragung und die Bestätigung (ACK) im selben Subframe erfolgt.

Diese in sich abgeschlossenen Subframes spielen auch eine wichtige Rolle für den massiven Einsatz von MIMO-Antennenanordnungen, auf die 5G ganz erheblich setzt. Da die Control-Bursts von Sender und Empfänger im selben Subframe sind, ist das Beamforming auf die beiden Beteiligten ausgerichtet und mögliche Interferenzen mit anderen Geräten minimiert - gleichzeitig können Sender und Empfänger ihr Beamforming noch gezielter aufeinander abstimmen.

Beamforming verbessert die Signalqualität und trägt so zu höheren Datenraten und stabileren Verbindungen ganz erheblich bei. Bereits heute sind bei LTE 4x4-MIMO-Anordnungen im Einsatz und in Zukunft möchte man noch mehr Antennen zum Einsatz bringen. Allerdings limitiert die Größe der Antennen diesen Wunsch, besonders bei Mobilgeräten. Beim Einsatz von mm-Wellen mit 5G entspannt sich die Situation allerdings etwas, da die einzelnen Antennen deutlich kleiner ausfallen können - 24x4-Anordnungen sind so durchaus machbar und würden die Datenübertragungskapazität eines 5G-Zellenmasts fast vervierfachen, ohne den Durchsatz der einzelnen Anwender in der Zelle zu schmälern.