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3 l 2021 40 l datacenter & Netzwerke l 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 bessere und effizientere Mobilfunknetze aufzubauen? Autor Patrick Ku Redaktion Diana Künstler ➤ Im Gegensatz zu den Anfängen des LTEbeziehungsweise 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 5Gfähigen 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 udas ultraschnelle mobile Breitband Enhanced Mobile Broadband eMBB udie Kommunikation zwischen Maschinen und Anwendungen Massive Machine Type Communications mMTC und uein 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 nonstandalone Apropos Infrastruktur Die meisten 5G-Netzbetreiber haben zu Beginn des Ausbaus auf nicht selbstständige sogenannte Nonstandalone 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 Kernund Zugangsnetz gleichzeitig aufbeziehungsweise 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 Dynamic Spectrum Sharing die Lösung für das Reichweitenproblem? Wie können Netzbetreiber erfolgreich 5G einführen wenn ihnen dafür nicht genügend reichweitenstarke Lowband-Frequenzen im 700-Megahertz-Bereich zur Verfügung stehen? 5G-NSA ist dafür ein guter Ansatz um schnell 5G-Netze aufzubauen beispielsweise in Städten 5G-NSA kann allerdings nicht die Netzabdeckung und Leistung zur Verfügung stellen die auf lange Sicht beispielsweise in ländlichen Gebieten benötigt wird Dynamic Spectrum Sharing DSS soll dieses Problem lösen Die DSS-Technologie erlaubt es 5G New Radio und 4G über dasselbe Frequenzband gleichzeitig zu übertragen Die Basisstation kann dadurch sehr kurzfristig auf die aktuelle