Die nächste Stufe von 5G New Radio

Diese Neuerungen kommen mit Release 16

5. Juli 2021, 7:00 Uhr | Von Javier Campos

Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Erweiterungen in 5G NR Release 16

Die 5G-NR-Bitübertragungsschicht ist extrem vielseitig und kann eine breite Palette an Funktionen und Anwendungsfällen unterstützen. Um bei der raschen Weiterentwicklung von 5G NR die Interoperabilität zwischen verschiedenen Anbietern, unterschiedlichen Konfigurationen, Anwendungsfällen und Diensten zu gewährleisten, sind ausführliches Testen und Verifizieren unumgänglich. Der Messtechnik kommt daher eine Schlüsselposition bei der Anwendungsentwicklung und der Weiterentwicklung von 5G zu.

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Viele Aspekte der 5G-NR-Bitübertragungsschicht werden in Release 16 als verbesserungswürdig angesehen. Es gibt zwei Hauptziele: Verbesserung der Effizienz und Erhöhung der Netzkapazität. Unter Effizienz fällt zum Beispiel eine bessere Aufnahme der Funksignale durch die Endgeräte. Zu erhöhter Netzkapazität zählt eine bessere Zellenrandabdeckung. Die wichtigsten Verbesserungen betreffen die MIMO-Funktionen und Maßnahmen, die eine energieeffiziente Kommunikation am Endgerät ermöglichen. Hinzu kommen noch weitere Aspekte wie Mobilität, duale Konnektivität sowie Cross-Link- und Remote-Interference-Management, die im Release 16 ebenfalls berücksichtigt werden.

MIMO-Erweiterungen

Das MIMO-Framework in Release 15 beinhaltet:

Unterstützung für strahlbasierten Betrieb mit Verfahren wie Beam-Switching, Beam-Sweeping, etc. speziell für den Millimeterwellen-Bereich.
Ein neues Framework für CSI-Berichte (Canal State Information) und entsprechende CSI-RS-Referenzsignale. Dazu gehört der CSI-Typ-II-Bericht, der es der Basisstation ermöglicht, Kanalberichte vom UE mit größerer räumlicher und frequenzbezogener Auflösung zu erhalten, und der eine erhebliche Verbesserung gegenüber 4G-LTE- CSI-Berichten darstellt. Anhand der CSI-Berichte kann das Endgerät aus mehreren möglichen Kanälen den besten aussuchen.

Dieses 5G-NR-MIMO-Framework wird in Release 16 umfassend verbessert:

Der CSI-Typ-II-Bericht wird erweitert und besser auf Anwendungen mit Multi-User-MIMO abgestimmt.
Multi-Panel-Übertragung, damit eine 5G-Antenne nicht mehr nur mit einem Panel, sondern mit mehreren Panels gleichzeitig mit einem Endgerät kommunizieren kann.
Multi-TRP (Transmission and Reception Points) ermöglicht die Kommunikation von einem Endgerät mit mehreren TRPs, z.B. Funkzellen. Die Funktion gab es bereits bei LTE und wurde im Release 16 deutlich ausgebaut.
Verbesserter Multi-Beam-Betrieb.
Änderungen, um unter bestimmten Bedingungen mehr UL-Sendeleistung zu ermöglichen, was letztendlich zu einer Verbesserung der UL-Abdeckung beiträgt.
Neues Design des Referenzsignals, mit dem die Effizienz der Leistungsverstärker von Geräten verbessert werden kann. Dies ermöglicht eine bessere Nutzung der Leistungsverstärker der Geräte und erhöht die UL-Abdeckung

Energieeffizienz

Die Batterielaufzeit ist ein wichtiger Faktor bei der Entwicklung von Endgeräten und wird durch den Release 16 unterstützt. Dazu wurden Verbesserungen im Zeit-, Frequenz- und Antennenbereich entwickelt, zu denen unter anderem gehören:

Einführung eines neuen DCI-Formats, damit das Netz ein UE entweder aufwecken oder in den Ruhezustand versetzen kann.
Einführung einer Mindestanzahl von Symbolen zwischen einem DL- oder UL-Grant und der entsprechenden Datenkanalzuweisung, die Optimierungen des UE-Stromverbrauchs (z. B. Micro-Sleep) ermöglichen. Die Mindestanzahl an Symbolen führt dazu, dass viele sehr kurze Datenübertragungen zusammengefasst werden, anstatt jede einzeln zu übermitteln.
Reduktion der Anzahl der verwendeten MIMO-Schichten, die eine Leistungseinsparung für das UE ermöglichen (zum Beispiel durch Abschalten von HF-Signalketten).

Messtechnik in der Schlüsselpostion

In Zukunft wird 5G NR noch weiter ausgebaut (Bild 5), mit neuem Spektrum bis 71 GHz, neuen Anwendungen wie Non-Terrestrial-Networks und Verbesserungen verschiedener Aspekte der Spezifikation wie Mobilität, Ortung, Dynamic Spectrum Sharing (DSS), Energieeinsparung etc.

Javier Campos

ist NR Physical Layer Architect und vertritt Keysight in der RAN1- Arbeitsgruppe der 3GPP. Er arbeitet seit rund 15 Jahren in der digitalen Kommunikation, u.a. bei AT4 Wireless und Xingtera. Er studierte Kommunikationstechnik an der Universität Malaga in Spanien und ist seit Jahr 2012 für Keysight tätig. Zu seinen Aufgaben gehört das Erstellen von Schulungsinhalten zur 5G-NR-Bitübertragungsschicht, um die Kommunikationsbranche über die Entwicklung von verschiedenen Standards auf dem Laufenden zu halten