5G-Netzausbau
Jetzt an die Zukunft denken
5G gilt als eine der Schlüsseltechnologien für die Digitalisierung und neue Geschäftsmodelle. Von dem versprochenen technologischen Durchbruch ist im Moment allerdings nicht allzu viel zu sehen. Woran liegt das? Und wie kann es Netzbetreibern gelingen, effizientere Mobilfunknetze aufzubauen?
Im Gegensatz zu den Anfängen des LTE- beziehungsweise 4G-Netzes gibt es bei 5G keine konkurrierenden Kommunikationsstandards wie damals mit IEEE 802.16m, auch WiMAX genannt. Im Gegenteil: Die Industrie unterstützt einheitlich den 5G-New-Radio-Standard (NR) und auch der breiten Bevölkerung ist 5G längst ein Begriff. Das mag auch daran liegen, dass es mittlerweile die ersten 5G-fähigen Smartphones zu kaufen gibt und Netzbetreiber erste Zellen in Betrieb genommen haben. Die technologischen Herausforderungen für Mobilfunkbetreiber sind allerdings größer als zuvor.
Unterschiedliche Anwendungsprofile
Ein Grund für die Komplexität des 5G-Netzes ist, dass es hoch flexibel sein muss, um unterschiedlichen Anwendungsbereichen und deren technischen Rahmenbedingungen gerecht zu werden. Faktoren, die dabei eine Rolle spielen, sind beispielsweise Kapazität, Datenübertragungsraten, Abdeckung, Zuverlässigkeit und Latenz. Man unterscheidet im Wesentlichen drei Anwendungsprofile:
- das ultra-schnelle mobile Breitband (Enhanced Mobile Broadband, eMBB),
- die Kommunikation zwischen Maschinen und Anwendungen (Massive Machine Type Communications, mMTC) und
- ein Hoch-Zuverlässigkeitsnetz mit kurzen Antwortzeiten (Ultra-Reliable and Low Latency Communications, uRLLC).
Von höheren Datenraten und einer hohen Kapazität des mobilen Netzes profitieren Nutzer zum Beispiel beim Schauen hochauflösender Videos oder Anwendungen im Bereich von Virtual oder Augmented Reality (VR, AR). Die Herausforderung wird anfangs vor allem sein, den Nutzern adäquate Netzabdeckung, Kapazität und Geschwindigkeit zur Verfügung zu stellen. Das mMTC-Anwendungsprofil muss eine Vielzahl an Geräten pro Flächeneinheit unterstützen und für eine hohe Energieeffizienz der Endgeräte sorgen. Zum Einsatz kommt mMTC zum Beispiel für das industrielle Internet of Things (IIoT). Das uRLLC-Anwendungsprofil ist für zeitkritische Anwendungen mit hohen Anforderungen bezüglich Antwortzeiten, Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit vorgesehen, wie für selbstfahrende Autos.
Da diese Anwendungen jeweils ein anderes Service-Level fordern, müssen Betreiber einen Weg finden, die Netzkapazität und Bandbreite unter ihnen aufzuteilen. Das gelingt mithilfe von Network Slicing. Damit lassen sich auf derselben physischen Infrastruktur parallel virtuelle Netze betreiben. Diese Netze, auch Slices genannt, können verschiedene Eigenschaften haben, was deren Datenkapazität oder Reaktionszeit betrifft. Durch diese Technik können Netzbetreiber Ressourcen in Echtzeit anwendungsbezogen und auf Abruf zuteilen und unterschiedliche Serviceanforderungen bedienen. Das führt zu flexibleren und effizienteren Netzen und verhindert ausufernde Kosten für Infrastruktur, da nicht für jeden Anwendungsfall ein eigenständiges Netz benötigt wird.
Standalone vs. non-standalone
Apropos Infrastruktur: Die meisten 5G-Netzbetreiber haben zu Beginn des Ausbaus auf nicht selbstständige, sogenannte Non-standalone (NSA)-Funknetze gemäß des 3GPP Release 15 gesetzt. 5G-NSA-Netze basieren auf den bisherigen EPC-Kernnetzen (Evolved Packet Core) und stellen über das Zugangsnetz LTE/4G und 5G New Radio (NR) zur Verfügung. Dadurch können Betreiber ihren Kunden viel schneller Netze anbieten, weil sie nicht sofort ein neues Kern- und Zugangsnetz gleichzeitig auf- beziehungsweise umbauen müssen. Im 5G-NSA-Modus können Endgeräte mit Dual-Connectivity-Modus über 4G und 5G gleichzeitig Daten senden und empfangen. Das Netzwerk sendet die Signale also gleichzeitig, und das Endgerät aggregiert die Daten, um deutlich höhere Geschwindigkeiten zu ermöglichen.
Im Prinzip kommen zum existierenden 4G-Netz neue Funkzellen hinzu. Weil das Lowband-Ankernetzwerk dadurch keinerlei Effizienzsteigerungen erfährt, steigen Energieverbrauch und Treibhausgasemissionen für 5G insgesamt. Denn: Egal wie effizient das 5G-Equipment ist, es wird zusätzlich zu den bereits installierten Bauteilen montiert.
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