Rohde & Schwarz 5G – Chancen und Herausforderungen

Im Dezember 2019 soll mit der Veröffentlichung des 3GPP Release 16 der nächste Schritt in Richtung 5G erfolgen. Für die Struktur und die Vermessung der entsprechenden Netze bedeutet das jedoch eine Reihe neuer Herausforderungen.

Autonomes Fahren, Augmented Reality, Remote Healthcare, Industrie 4.0 – viele Branchen setzen beim Thema Datenübertragung große Hoffnungen in den neuen Mobilfunkstandard 5G. Entsprechend groß war die Resonanz auf das 3GPP Release 15, das die ersten Normen des Funkzugangsnetzes (Radio Access Network, RAN) definiert und einen weltweiten Standard für die Bereitstellung einer einheitlichen und leistungsfähigeren Luftschnittstelle zusammenfasst. 5G verspricht mit einer höheren Bandbreite zahlreiche Vorteile, doch bei der Planung des Netzaufbaus gilt es auch, sich mit neuen Herausforderungen auseinanderzusetzen.

5G: Flexibilität ist Trumpf

Anders als bei früheren Funkstandards stellte das zuständige Gremium 3GPP bei 5G zunächst die gewünschten Anwendungsszenarien in den Mittelpunkt, bevor es sich der technischen Umsetzung widmete. Daraus resultierte der wesentliche Vorteil von 5G gegenüber dem Vorgänger LTE, nämlich eine höhere Flexibilität: Die hohe Datenrate wird je nach Anwendungsszenario in jeweils passenden Frequenzbereichen übertragen. So können im hochfrequenten (> 24 GHz) Massive Machine-Type Communications (mMTC)-Profil bis zu eine Million IoT-Komponenten pro Quadratkilometer vernetzt werden. Auch Enhanced Mobile Broadband (eMBB) bietet dank einer hohen Frequenz von bis zu 20 GHz ein breites Anwendungsspektrum und ermöglicht so ein problemloses Streamen von ultrahochauflösenden Videos oder AR-Applikationen. Komplettiert wird das breite Anwendungsspektrum von Ultra-Reliable Low Latency Communications (URLLC) in einem Frequenzbereich von < 6 GHz und Latenzzeiten von 1 ms. Diese Übertragungsvariante bietet eine hohe Reichweite und kommt beispielsweise bei autonomen Fahrzeugen und bei der Überwachung von Vitaldaten über große Distanzen zum Einsatz.

Die größere Flexibilität von 5G stellt neue Anforderungen an die Netzwerkarchitektur. Sie muss bei zahlreichen Parametern wie dem genutzten Frequenzbereich, Unterträgerabständen, Trägerbandbreiten oder Symboldauer mehr Freiheiten bieten.

Optimale Versorgung dank BWP und Beamforming

Für die optimale Bedienung der unterschiedlichen Anforderungen je nach Einsatzgebiet hat 3GPP das Konzept der Bandwidth Parts (BWP) eingeführt. Dabei wird jedem BWP anhand von Parametern wie Symboldauer, fester Unterträgerabstand oder Anzahl und Position der Resource Blocks eine bestimmte Nummer zugeordnet.

Teilnehmerendgeräte (UE) können mit bis zu vier Bandwidth Parts im Downlink/Uplink konfiguriert werden, wobei immer nur ein einzelner Downlink-/Uplink-BWP aktiv ist. Ein Umschalten des aktiven BWP erfolgt zum Beispiel durch einen Timer, die Downlink Control Information (DCI) oder die Radio Resource Control (RRC).

Eine weitere Maßnahme zum Verbessern der Gesamtabdeckung ist Beamforming. Die etablierte Technologie für benutzerspezifische Datenströme kommt mit 5G nun erstmals auch für Synchronisierungssignale und Broadcast-Kanalinformationen zum Einsatz. Dabei erzeugen verschiedene, dynamisch zugeordnete Gruppen von Antennenelementen Strahlen für verschiedene Benutzer, abhängig von deren relativer Phase und Amplitude. Dank des höheren Antennengewinns lässt sich so eine bessere Gesamtabdeckung erreichen. Der Synchronisierungssignalblock (SSB) in 5G kann strahlspezifische Informationen (SSB-Index) enthalten. Diese SSB-Index-„Strahlen“ sind statisch und bilden Mikrosektoren. Im speziellen Fall von 3,7 GHz besteht ein Makrosektor beispielsweise aus maximal acht Mikrosektoren.