Aus dem NI Trend Watch
5G: Das Internet für alle und für alles
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Perspektive 5G
Angesichts der feststehenden spektralen Allokation unter 3 GHz prüfen Forscher Signalverläufe, die das vorhandene Spektrum besser nutzen, um so die Datenübertragung über eine bestimmte Breite des Spektrums zu erhöhen. Derzeitige Standards basierend auf OFDM (Orthogonal-Frequency-Division Multiplexing) erfordern einen großen Frequenzbereich, um Sende- und Empfangsdaten mit ausreichender Effizienz zu trennen. Bei neuen 5G-Signalverläufen wird versucht, das Thema Spektrumeffizienz durch Nutzung bestehender Netzwerkinfrastruktur anzugehen, um mehr Nutzer und Geräte einbinden und die Datenübertragungsrate pro Bandbreite erhöhen zu können. Die TU Dresden hat einen Prototyp einer dieser neuen Signalverläufe, genannt GFDM (Generalized-Frequency-Division-Multiplexing), erstellt sowie einen Prototyp einer vollständigen Verbindung. Im Vergleich zu 4G wurde eine Verbesserung der Datenraten um 30 Prozent erzielt.
Eine weitere Option ist die Verdichtung. Dabei wird die Anzahl der in einer Region eingesetzten Access Points erhöht, einschließlich Makrozellen, Small Cells und Pikozellen. Verdichtung setzt auf die Theorie, dass durch das Hinzufügen weiterer Access-Points in einem versorgten Bereich das Spektrum lokal aufgeteilt wird, anstatt das Spektrum selber aufzuteilen. Neben der Verdichtung sind Netzanbieter auch dank neuer Netzwerktopologien wie Cloud RAN beziehungsweise C-RAN in der Lage, ihre Netzwerkgeräte in der Cloud zu betreiben. Dadurch verringern sich Heiz- und Kühlkosten lokal eingesetzer Ausstattung sowie der Stromverbrauch eines Netzwerks erheblich. Eine entscheidende Herausforderung verteilter Netzwerksteuerung ist Latenz. Forscher des Projekts CROWD ("Connectivity management for eneRgy Optimised Wireless Dense"), das von der Europäischen Union finanziert wird, konnten erfolgreiche Prototypen mit diesen neuen Architekturen erstellen. Das zeigt, dass die verteilte Steuerung innerhalb eines Netzes mit hoher Zelldichte möglich ist.
Neue Technologien für Basisstationen wie Massive MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output) versprechen mehr Bandbreite und Energieeffizienz. Massive-MIMO-Basisstationen umfassen hunderte Antennenelemente, um die Energie pro Nutzer zu bündeln. Dadurch erhöhen sich die Datenraten und verbessert sich die Qualität der Kommunikationsverbindung speziell am Rand der Zellen. Neuere Experimente an der Universität Lund in Schweden deuten darauf hin, dass Massive MIMO Datenraten um den Faktor 100 oder mehr steigern kann.
Im Frequenzbereich der Millimeterwelle (mm-Welle) werden in den Bereichen um 28 GHz und 38 GHz sowie von 71 bis 76 GHz neue Spektren erforscht. Diese Frequenzbänder sind mit geringeren Auflagen verknüpft und bieten reichlich Spektrum mit hoher Bandbreite. In der Vergangenheit galt eine Kommunikation auf diesen Frequenzen als nicht möglich. Grund waren die Ausbreitungsmerkmale elektromagnetischer Wellen und die Entwicklungs- und Installationskosten von Netzen in diesen Bändern. Forscher des "NYU WIRELESS Laboratory" an der New York University führten Channel-Sounding-Messungen durch. Die Kanalprofile zeigen, dass mm-Wellen-Kommunikation tatsächlich machbar ist. Nokia Networks hat einen Prototyp einer mm-Wellen-Kommunikationsverbindung erstellt und erzielt Datenraten, die um das 100-Fache über den derzeitigen 4G-Raten mit deterministischer Latenz liegen.
Aus der Vision wird Wirklichkeit
Die Einführung von 5G wird weite Kreise ziehen. Allerdings benötigen Forscher die Werkzeuge und Technologien für den schnelleren Entwurf und die raschere Prototypenerstellung, sodass die Zeit bis zur Markteinführung und letztendlich die Zeit bis zum Einsatz verkürzt werden kann. Neue 5G-Signalverläufe, Netzverdichtung, Massive MIMO und mm-Wellen-Kommunikation könnten schrittweise entlang einer Zeitkurve eingesetzt werden und sich als solche nicht gegenseitig ausschließen, sondern sogar ergänzen. Die Entwicklung im Bereich 5G schreitet immer weiter voran und die Vision eines Internets für alle und für alles kommt der Wirklichkeit tagtäglich näher.
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