Vom Handy- zum Geräte-Netz 5G für 100 Milliarden

Die Evolution der Mobilfunknetze geht weiter. So wollen die Planer des 5G-Standards nicht nur die Mobiltelefonie weiterentwickeln, sondern auch die zahllosen IoT-Devices in das Netz integrieren.

Bislang waren die Standards für Mobilfunknetze auf die wachsenden Bedürfnisse der Handys und Smartphones ausgelegt. Mit 5G wollen die Verantwortlichen ab dem Jahr 2020 die gesamte Gerätewelt des Internet-der-Dinge (IoT) adressieren. Damit müssen allerdings sehr unterschiedliche Anforderungen erfüllt werden – die wichtigsten Eckpunkte sind:

  • 100 Mrd. Mobilfunkgeräte gleichzeitig ansprechbar
  • Datenraten bis zu 10 GBit/s
  • Echtzeitübertragungen und Latenzzeiten unter 1 ms
  • Reduzierter Energieverbrauch

Um diese Ziele zu erreichen, müssen einige neue Wege beschritten werden. Naheliegend ist die Erweiterung des genutzten Frequenzspektrums. Die von 4G (LTE) genutzten Bänder sollen von 5G ebenfalls unterstützt werden, um Rückwärtskompatibilität zu bieten und die Migration bestehender Produkte und Dienste zu vereinfachen. Hinzukommen sollen noch Bänder zwischen 6 GHz und 100 GHz. Dafür wird aber eine neue Luftschnittstelle »NX« benötigt.

Für Funkverbindungen zwischen Base-Stations ist bislang eine direkte Sichtverbindung notwendig; dies soll künftig nicht zwingend der Fall sein. Vielmehr soll die Funkverbindungen zwischen den Base-Stations sowie von den Base-Stations zu den Geräten hin als eine Einheit gesehen werden, um das vorhandene Funkspektrum effizienter zu nutzen und den Betriebsaufwand zu reduzieren.

Erst unlängst in die LTE-Spezifikation aufgenommen, soll die direkte Geräte-zu-Geräte-Verbindung (D2D) fester Bestandteil von 5G sein. Mobilgeräte können so zu Relaisstationen werden und die Netzabdeckung verbessern. Zusätzlich entlastet dies den Datenverkehr im Backbone und erhöht die Effizienz des Netzwerks. Wer jetzt wilde Interferenzen zwischen den einzelnen Geräten befürchtet, kann beruhigt sein, denn das Netzwerk behält die Kontrolle über diesen Vorgang, was natürlich besonders notwendig ist bei regulierten und lizensierten Frequenzen. Letztere sollen auch flexibler nutzbar werden für die Netzanbieter, die sich auf gemeinsam genutzte Frequenzbänder einigen dürfen.

Bei WLANs schon Standard, soll 5G auch Multi-Antennen-Übertragungen inklusive Beamforming bieten. Neben Störreduktionen lässt sich so auch die Energieeffizienz der Übertragungen optimieren. Zusätzlich wollen die Entwickler das ganze Design von 5G auf höchste Effizienz trimmen – sowohl auf der Netz-, als auch auf der Geräteebene. Dazu sollen alle Übertragungen, die für die Anwendungen nicht unbedingt notwendig sind, auf ein Minimum beschränkt werden.

Zusätzlich werden die Anwendungs- von den Systemsteuerungsdaten entkoppelt, um das Funknetz besser skalieren zu können. So sollen die Anwendungsdaten über ein dichtes Netz aus Knoten geführt werden und die Steuerungsdaten über ein loseres Netz. Dies lässt sich auch mit entsprechenden Funkbändern und Beamforming koppeln. Ziel ist es, das Netz auf die jeweils aktiven Geräte und ihre jeweiligen Anforderungen hin zu optimieren – und das in Echtzeit.

Für 5G wurden hohe Ziele gesteckt und in einen engen Zeitrahmen gepackt. Eine vollständige Umsetzung zum geplanten Startzeitpunkt 2020 ist daher recht unrealistisch. Zwar wollen die Macher von 5G alle Kommunikationsszenarien bedienen und die Effizienz deutlich verbessern, ob sie damit Spezialnetzwerke wie SigFox oder LoRa aus ihren Nischen verdrängen ist fraglich – die Existenz der eierlegenden Wollmilchsau ist oft beschworen, aber nie bewiesen worden.