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Mobilfunk

5G in 5 Abschnitten: Über die Zukunft des Mobilfunkstandards

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

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Netzverdichtung & Signalverläufe

❸ Netzverdichtung
Aufgrund der aktuell begrenzten Menge an verfügbarem Spektrum für Mobilfunknutzer suchen Forscher nach Wegen, die Datenraten durch eine höhere Anzahl von eNodeB in einem bestimmten geografischen Gebiet zu steigern. Anstatt nur einem derartigen eNodeB als Zugangspunkt in einem 3 km2 großen Gebiet würde die Netzverdichtung diese Anzahl erhöhen. Die Verdichtung umfasst in der 5G-Forschung Small-Cells, heterogene Netzwerke, Pico- und Femto-Zellen sowie Relais. Alle diese Ansätze erhöhen die Dichte der Zugangspunkte einer Region. Obwohl das Konzept – das Spektrum geografisch anstatt nach der Frequenz aufzuteilen – relativ einfach ist, stellt die Implementierung eine Herausforderung dar. Zum einen muss ein Betreiber, der mehrere Zugangspunkte nutzt, dies strategisch umsetzen, damit die Geräte nicht interferieren. Zum anderen müssen der Standort und der Stromverbrauch aller Geräte sowie deren Steuerung in Abstimmung mit anderen Zugangspunkten in der Region beachtet werden.

❹ Neue Signalverläufe
4G- und 4G+-Netze nutzen den Signalverlauf OFDM (Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing) als Grundelement in der Bitübertragungsschicht. Beinahe alle modernen Kommunikationsnetze bauen auf dem OFDM-Prinzip auf, weil dies die Datenraten und Netzwerkzuverlässigkeit deutlich verbessert, da es unabhängig von üblichen Artefakten durch Mehrwegempfang ist. Doch im Laufe der Zeit verändern sich die Anforderungen und die OFDM-Technologie vollzieht einen Spektrumzuwachs über das Frequenzband hinaus, der zu hohen Nebenkeulen führt, mit denen die spektrale Effizienz eingeschränkt wird. Mit anderen Worten: Netzbetreiber können ihr verfügbares Spektrum nicht effizient nutzen, da sich zwei Nutzer auf benachbarten Kanälen stören würden. OFDM leidet zudem unter einer hohen Differenz zwischen dem Spitzen- und dem Mittelwert des Leistungsverstärkers, wodurch die Akkulebensdauer des mobilen Geräts beeinträchtigt wird. Um die Nachteile von OFDM zu beheben, suchen Forscher nach alternativen Methoden wie GFDM (Generalized-Frequency-Division-Multiplexing), FBMC (Filter-Bank Multi-Carrier) und UFMC (Universal-Filter Multi-Carrier). Die Forscher gehen davon aus, dass mit einem dieser Ansätze die Netzwerkkapazität von OFDM um 30 Prozent oder mehr steigen und die Akkulebensdauer aller mobilen Geräte gleichzeitig verbessert wird.