Schwerpunkte

Mobilfunk – die nächsten Generationen

Ausblick auf 5G-Advanced

12. August 2021, 06:00 Uhr   |  Von Dr. Ulrich Dropmann

Ausblick auf 5G-Advanced
© Blue Planet Studio/stock.adobe.com

Aktuell werden die Mobilfunknetze für den neuen 5G-Standard zügig aufgebaut. Doch die Entwicklung geht weiter, um mehr Funktionen und neue Dienste realisieren zu können. Die Arbeiten zur Standardisierung von 5G-Advanced haben jetzt begonnen – und weisen in Richtung 6G.

Im Februar 2020 startete Lufthansa Technik ein privates 5G-Netz basierend auf Nokia-Technik. In einem Pilotprojekt konnten die Kunden – Fluggesellschaften – an der Wartung ihrer Flugzeuge via »Virtual Table Inspection« teilnehmen, ohne wie üblich Servicetechniker nach Hamburg schicken zu müssen. Dies erwies sich als Segen in der Pandemie und trug wesentlich zur Kontinuität des Geschäfts bei. Nun hat Lufthansa Technik dieses als permanentes Angebot aufgenommen. Lufthansa Technik rechnet damit, dass in Zukunft einige Kunden die Inspektion rein virtuell begleiten, wogegen andere einen Hybridmodus wählen. Dieses konkrete Beispiel zeigt mehreres eindrücklich. Zum einen, wie die Pandemie die Digitalisierung beschleunigt, außerdem den Fortschritt bei privaten 5G-Netzen und schließlich exemplarisch den Vorteil von 5G gegenüber anderen Funktechniken in der Unterstützung geschäftskritischer Anwendungen.

Im Folgenden richte ich den Blick nach vorne auf die aktuelle Weiterentwicklung der 5G-Technik.

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© Nokia

Dr. Ulrich Dropmann, Leiter Standardization and Industry Environment bei Nokia in München

5G – wo stehen wir heute

Bis Mai 2021 haben 169 Mobilfunk-Netzbetreiber in 133 Ländern schon 5G-Dienste kommerziell gestartet. Wenn auch der 5G-Datenverkehr in Deutschland bisher noch eine nachgeordnete Rolle spielt, sieht das in einigen Ländern deutlich anders. Mit mehr als der Hälfte des Datenverkehrs über 5G ist Südkorea weltweiter Vorreiter. Das Gesamtdatenvolumen ist hier in den zwei Jahren seit dem 5G-Netzstart um 70 % gewachsen, und 5G bewirkte die Beschleunigung des Wachstums.

Alle öffentlichen 5G-Netze starten mit der Betriebsart 5G Non-Standalone (5G-NSA). In diesem Modus wird noch eine LTE-Verbindung insbesondere für die Signalisierung benötigt. Auch die erste Generation der Smartphones unterstützte nur diese Variante. Seit 2020 ist in High-End-Geräten typischerweise auch die Variante 5G Standalone (5G-SA) implementiert. Dabei ist eine LTE-Verbindung nicht mehr notwendig.

Außerdem wird auch das 5G-Kernnetz eingeführt, was zusätzliche Leistungsverbesserungen bietet. Nach einer Umfrage von Nokia unter den Teilnehmern der Nokia Radio World im April 2021 werden mehr als 80 % aller Mobilfunknetzbetreiber bis 2022 auf 5G-SA umgestiegen sein.

Die Verwendung von Mobilfunktechnik für private Netze ist ein Fokus von 5G. Deutschland hat das Band 3,7–3,8 GHz für lokale Unternehmensnetze reserviert. Die Bundesnetzagentur weist derzeit 132 zugeteilte lokale Lizenzen aus. Die 5G-Anwendung bei Lufthansa Technik steht exemplarisch für diesen Weg.

Ob Non-Standalone oder Standalone, Betreiber oder privat: Alle heutigen 5G-Netze beruhen auf der ersten Version des 5G-Standards, dem 3GPP Rel 15 (3rd Generation Partnership Project Release 15). Dieser Standard wurde im Wesentlichen gegen Ende 2018 fertiggestellt.

5G-Advanced, die Brücke zur vollständigen 5G-Vision

Die Vision eines mobilen Breitbandnetzes von 4G wurde vollständig realisiert und sogar übertroffen. Das Gleiche wird auch für die 5G-Vision gelten, welche um 2015 von der , der oder dem europäischen formuliert wurde. Als Maß darf man hierfür nicht den heutigen Zeitpunkt nehmen, sondern das Ende dieser Dekade. Dann sind die Netze vollständig ausgebaut, zusätzliche Frequenzen in intensiver Nutzung, um die Kapazitäten weiter zu erhöhen, und vieles mehr. Wesentlich zum Erreichen dieser Vision ist die Weiterentwicklung in weiteren Versionen des 5G-Standards. 3GPP Rel 16 wurde im Juni 2020 fertiggestellt. Die Gremienarbeit konzentriert sich derzeit auf das Rel 17, welches für März 2022 geplant ist (Bild). Es würde den Rahmen sprengen, alle Funktionen der Releases darzustellen. Daher finden Sie hier nur einige Highlights.

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© Nokia

3GPP erweitert mit jedem neuen Release den Funktionsumfang von 5G, das mit Rel 15 eingeführt wurde. Mit Rel 18 startet dann 5G-Advanced.

3GPP Rel 18 – 5G-Advanced

Rel 18 soll im Herbst 2023 fertiggestellt sein. Diese Version darf sich dann offiziell »5G-Advanced« nennen – in Anlehnung an LTE-Advanced bei 4G. Zum Start der Arbeit organisierte 3GPP vom 28. Juni bis 2. Juli 2021 einen Workshop. Er zeigte eindrucksvoll das immer weiter steigende Interesse an 5G und seiner Weiterentwicklung in vielen Industriesektoren. Über 200 Firmen haben an dem Workshop teilgenommen mit über 500 Beiträgen. Dabei waren Mobilfunknetzbetreiber ebenso repräsentiert wie »Verticals«. Im weiteren Verlauf des Jahres 2021 wird herausgearbeitet werden, welche gewünschten Funktionen im Rel 18 realisiert werden können und welche erst im Release Rel 19 folgen.

Diese Entwicklung entspricht verschiedenen Schwerpunkten:

Funk-Leistungsfähigkeit und Unterstützung für Extreme Mobile Broadband

Ähnlich wie in Korea wächst der Verkehr in vielen 5G-Netzen stark. Dieses Wachstum ermöglichen verschiedenen Erweiterungen des 3GPP-Standards, zum Beispiel beim massive MIMO (Multiple Input Multiple Output), bei der Sendeleistungsregelung der Endgeräte oder beim Mobilitätsmanagement. Ebenfalls wichtig sind Funktionen für den gleichzeitigen Betrieb über mehrere Trägerfrequenzen (Carrier Aggregation, Dual Connectivity). Durch all diese Erweiterungen wird 5G schneller und effizienter, angetrieben durch jährlich erscheinende neue Generationen von Mobilfunkchips. 5G unterstützt Spiele und im zunehmenden Maße auch Extended-Reality-Brillen, sowohl für Verbraucher-Anwendungen wie Entertainment und Tourismus, aber auch im professionellen Bereich, z.B. für Wartungsarbeiten und in der Logistik. Netzbetreiber vermarkten zunehmend spezielle 5G-Dienste über die reine Datenübertragung hinaus.

Betriebsoptimierung – Automatisierung und Energieeffizienz

Ein weiterer Bereich des 3GPP-Standards sind Funktionen zur Automatisierung der Netze. Das Network Slicing ermöglicht die Ende-zu-Ende Bereitstellung von dedizierten Ressourcen für Kunden, z.B. Virtual Private 5G Networks, oder Segmente von Diensten, z.B. Connected Mobility. Sie werden per Service Level Agreement definiert und automatisiert verwaltet. Network Slicing und andere komplexe Funktionen im Betrieb der Netze erfordern zunehmend Algorithmen von künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen. Die Algorithmen sind nicht Teil des 5G-Standards, wohl aber die dafür erforderlichen Schnittstellen via APIs (Application Programming Interface). Der Energiebedarf von Mobilfunknetzen muss permanent optimiert werden. Ein Teil davon wird durch die Optimierungen insbesondere der Basisstationen erreicht, allerdings bietet der 5G-Standard und die Weiterentwicklung in allen Funktionen dafür Unterstützung.

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