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Mobilfunk-Messtechnik

Was 5G-Messungen zur Herausforderung macht

9. Oktober 2019, 16:30 Uhr | Autor: Arnd Sibila / Redaktion: Diana Künstler

Nach der Versteigerung der Lizenzen rückt die Einführung von 5G in Deutschland immer näher. Unternehmen aller Branchen wollen die Kombination aus schnellerer Datenübermittlung und größerer Bandbreite für ihre Produkte und Dienstleistungen nutzen. Doch das bringt auch Herausforderungen mit sich.

Dass das 3GPP dem neuen Mobilfunkstandard 5G den Zusatz New Radio (NR) gegeben hat, ist kein Zufall. Die Luftschnittstelle verspricht nicht nur Telekommunikationsanbietern neue Möglichkeiten, sondern soll auch in zahlreichen anderen Sektoren zum Einsatz kommen: Remote Healthcare, Fertigung (Stichwort Industrie 4.0), autonome Fahrzeuge – all das basiert auf einem leistungsstarken und stabilen drahtlosen Kommunikationsnetzwerk. Um möglichst viele Anforderungen und die entsprechenden technologischen Voraussetzungen abzudecken, einigte man sich zunächst auf die Szenarien, in denen 5G zum Einsatz kommen soll. Technische Detailfragen wie Latenz, die Übertragungsrate oder die Bandbreiten der Träger wurden erst im Anschluss diskutiert und definiert. Vorgestellt wurden die Ergebnisse in Form der ersten Standards für das Funkzugangsnetz dann im 3GPP Release 15.

Welche Vorteile 5G gegenüber seinem Vorgänger hat
Der unbestreitbar größte Vorteil von 5G im Vergleich zum Vorgänger LTE liegt in der wesentlich größeren Flexibilität. Der neue Mobilfunkstandard deckt drei verschiedene Einsatzszenarien ab, von Enhanced Mobile Broadband (eMBB) mit hohen Datenraten bis zu einigen Gigabit pro Sekunde (GBit/s) über Ultra-Reliable Low Latency Communications (URLLC) mit sehr hoher Verfügbarkeit und Latenzzeiten von 1 ms bis hin zur massenhaften Vernetzung von Maschinen (Massive Machine Type Communications, mMTC). Zunächst werden alle Einsatzszenarien die versteigerten 3,5-GHz-Bänder verwenden, während in Zukunft auch Frequenzen im Bereich von 24 GHz mit vergleichsweise großer verfügbarer Bandbreite zusätzlich Kapazität schaffen mit physikalisch bedingt eher kleineren Zellgrößen („hot spots“). eMBB unterstützt mit den höheren Datenraten beispielsweise eine störungsfreie Übertragung von Ultra-HD-, VR- sowie AR-Inhalten, während URLLC bei autonomen Mobilitätslösungen und zur medizinischen Echtzeitüberwachung in den eigenen vier Wänden eingesetzt wird. Via mMTC können in smarten Fabriken bis zu eine Million IoT-Geräte vernetzt werden, die in Echtzeit miteinander kommunizieren. Um zu begreifen, wie vielseitig 5G in Bezug auf Bandbreite und Übertragung tatsächlich ist, lohnt ein kurzer Vergleich mit dem Vorgänger LTE. Dessen OFMD-basierte Technologie hat einen festgelegten Unterträgerabstand von 15 kHz und unterstützt Trägerbandbreiten von 1,4 MHz bis 20 MHz, während bei 5G NR der Unterträger-abstand von 15 kHz bis 240 kHz und die Bandbreite von 5 MHz bis 400 MHz variieren können.

Die benötigte Flexibilität von 5G in Bezug auf Größen wie Symboldauer, Frequenzbereiche, Bandbreiten oder Unterträgerabstände wird durch das Konzept der Bandwidth Parts (BWP) gewährleistet. Jeder dieser Bandwidth Parts wird durch bestimmte festgelegte Werte der oben genannten Parameter definiert. Die mit dem Netzwerk verbundenen Teilnehmerendgeräte (UE) werden mit bis zu vier Bandwidth Parts im Downlink/Uplink konfiguriert, können aber zu jedem Zeitpunkt nur mit maximal einem BPW verbunden sein. Ein Umschalten des aktiven BPW kann dabei entweder durch die Radio Resource Control (RRC), einen Timer oder die Downlink Control Information (DCI) eingeleitet werden. Auch bei der Position der Synchronisierungssignale unterscheiden sich LTE und 5G NR maßgeblich voneinander. Synchronisierungssignale spielen eine zentrale Rolle und werden innerhalb des Trägers in primäre (PSS) und sekundäre Synchronisierungssignale (SSS) eingeteilt. Es sind die ersten Informationen, die Mobilfunkgeräte identifizieren müssen, um auf ein Netzwerk zugreifen zu können.

Bei LTE befinden sich die Synchronisierungssignale immer in der Mitte der Trägerbandbreite und können deshalb einfach gefunden werden. Bei 5G NR sind die Synchronisierungssignale hingegen Teil des SS/PBCH-Blocks (auch Synchronization Signal Block oder SSB genannt), der die Informationen des Physical Broadcast Channels (PBCH) enthält. Diese SS/PBCH-Blöcke können an verschiedenen Positionen über die gesamte Trägerbandbreite angeordnet sein und werden periodisch als definierte Symbole in den Funkrahmen über der Zeit übertragen.