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5G in 5 Abschnitten: Über die Zukunft des Mobilfunkstandards

12. Oktober 2015, 16:09 Uhr | James Kimery, Director of RF and Communications, National Instruments

Die unstillbare Nachfrage von Wireless-Nutzern nach einer höheren Bandbreite treibt die Investitionen im öffentlichen und privaten Bereich, mit denen die Netzwerkkapazität erweitert werden soll, in unvorstellbare Höhen. Diese Nachfrage veranlasst Forscher im Wireless-Bereich, neue Möglichkeiten für den Umgang mit diesem Kapazitätsbedarf zu entwickeln und neue Netzwerktopologien mit nie dagewesenen Merkmalen und Funktionen zu erforschen.

➊ Nicht ob, sondern wann
Die fortwährend zunehmende Nachfrage nach Wireless-Daten bringt die Forscher dazu, nach neuen Technologien zu suchen, um die Kapazität der Wireless-Daten sowie die Leistung des Netzwerks zu erweitern. Branchenexperten sind sich einig, dass die Datennachfrage auch trotz des aktuellen und geplanten Ausbaus der Infrastruktur die Kapazität wohl übersteigen wird – die Frage lautet nun nicht mehr ob, sondern wann dieser Fall eintreten wird.

Mobilfunkanbieter wollen ihre Netzwerke auf 4G LTE, LTE-Advanced und darüber hinaus aktualisieren und setzen dabei neben den Plänen des Standardisierungsgremiums 3GPP auf Innovationen wie
MIMO (Multiple-Input, Mulitple-Output) und Trägerbündelung (Carrier-Aggregation). Doch noch immer verzeichnet die aktuelle Technologieentwicklung bei der Kapazität eine schwache Steigung deutlich unter der Nachfragekurve. Auf der ganzen Welt haben sich Forscher im Wireless-Bereich der Herausforderung angenommen, neue Wireless-Technologien zu prüfen, die ein wesentlicher Bestandteil des Mobilfunknetzes der fünften Generation (5G-Netz) sein werden. Sie beschäftigen sich bei ihren Innovationen nicht nur mit der Kapazität, sondern möchten auch die Abdeckung und Zuverlässigkeit in den Randbereichen einer Mobilfunkzelle verbessern, die Energieeffizienz von Services erhöhen und die Latenz senken. All dies wird die gesamte Reaktionsfähigkeit des Netzes stärken. Dafür konzentrieren sich die Forscher auf vier potenzielle Technologien, mit denen 5G verwirklicht werden könnte:

➋ Massive-MIMO
Massive-MIMO verspricht wesentliche Zuwächse bei Datenraten sowie der Zuverlässigkeit von Verbindungen dank einer großen Anzahl von Antennen (mehr als 64) an der Basisstation oder eNodeB (Evolved Node B). Diese Methode weicht radikal von den traditionellen eNodeB-Architekturen ab, die heute eingesetzt werden und sechs oder acht Antennen in einer in Segmente aufgeteilten Topologie nutzen. Massive-MIMO reduziert mit Hunderten von Antennenelementen die gestreute Leistung, indem die Energie mithilfe von Vorcodierungstechniken zielgerichtet auf die mobilen Endgeräte gerichtet wird. Durch eine Konzentration der Energie auf einzelne Anwender wird nicht nur die gestreute Leistung gesenkt, sondern auch die Interferenzen mit anderen Nutzern werden reduziert. Wenn Massive-MIMO hält, was es verspricht, werden die künftigen 5G-Netze schneller sein und einer größeren Zahl von Nutzern mehr Zuverlässigkeit bieten – und dabei erheblich weniger Energie verbrauchen als heutige Netzwerke.