In drahtlosen 5G-Netzwerken (fünfte Generation) sind RB (Resource Block) und PRB (Physical Resource Block) grundlegende Konzepte im Zusammenhang mit der Zuweisung und Verwaltung von Ressourcen innerhalb der Funkschnittstelle. Diese Blöcke sind für eine effiziente Datenübertragung und einen effizienten Datenempfang von entscheidender Bedeutung und spielen eine Schlüsselrolle bei der Erreichung der hohen Datenraten, geringen Latenzzeiten und Flexibilität, die die 5G-Technologie verspricht.
Ressourcenblock (RB):
- Definition:
- Ein Ressourcenblock (RB) in 5G stellt die Grundeinheit von Frequenz- und Zeitressourcen dar, die einem Benutzer oder einem Dienst zugewiesen werden können. Es ist ein grundlegender Baustein bei der Ressourcenzuteilung im Zeit-Frequenz-Bereich.
- Frequenz- und Zeiteinteilung:
- RBs sind sowohl im Frequenzbereich als auch im Zeitbereich organisiert. Im Frequenzbereich sind RBs zusammenhängende Spektrumsblöcke und im Zeitbereich stellen sie aufeinanderfolgende Zeitschlitze innerhalb eines Unterrahmens dar.
- Größe und Konfiguration:
- Die Größe eines RB im Frequenzbereich wird durch die Systembandbreite bestimmt. Beispielsweise entspricht in einem 5G NR-System (New Radio) ein RB typischerweise 12 Unterträgern im Frequenzbereich. Die Anzahl der im Zeitbereich zugewiesenen RBs hängt von der Slot- und Subframe-Konfiguration ab.
- Flexibilität und Anpassungsfähigkeit:
- RBs bieten Flexibilität bei der Ressourcenzuteilung und ermöglichen es Netzwerkbetreibern, die Zuteilung an die spezifischen Anforderungen von Benutzern, Anwendungen und Netzwerkbedingungen anzupassen. Diese Anpassungsfähigkeit ist entscheidend für eine effiziente Spektrumsnutzung.
- Downlink- und Uplink-RBs:
- RBs werden sowohl in der Downlink- als auch in der Uplink-Richtung verwendet. Im Downlink werden RBs von der Basisstation (gNodeB) dem Benutzergerät (UE) zur Datenübertragung zugewiesen. Im Uplink werden RBs vom UE zugewiesen, um Daten an den gNodeB zu übertragen.
- Orthogonalität:
- RBs sind orthogonal konzipiert, was bedeutet, dass die Zuweisung von RBs zu verschiedenen Benutzern oder Diensten Interferenzen minimiert. Diese Orthogonalität verbessert die spektrale Gesamteffizienz des Systems.
- MIMO und Beamforming:
- RBs spielen eine entscheidende Rolle bei der Unterstützung fortschrittlicher Technologien wie MIMO (Multiple Input Multiple Output) und Beamforming. Die Zuweisung von RBs kann optimiert werden, um die räumliche Vielfalt zu nutzen und die Gesamtleistung der drahtlosen Verbindung zu verbessern.
Physischer Ressourcenblock (PRB):
- Definition:
- Ein physischer Ressourcenblock (PRB) ist eine spezifische Instanz eines Ressourcenblocks in der physischen Schicht des drahtlosen Kommunikationssystems. Es bezieht sich auf den tatsächlichen Satz von Unterträgern und Zeitschlitzen, die für die Datenübertragung zugewiesen sind.
- Unterträger- und Symbolzuordnung:
- Im Frequenzbereich besteht ein PRB aus einer Gruppe zusammenhängender Unterträger und im Zeitbereich stellt er eine Reihe aufeinanderfolgender Symbole oder Zeitschlitze dar. Die Zuweisung von Unterträgern und Symbolen innerhalb eines PRB wird durch die Systemkonfiguration und das Modulationsschema bestimmt.
- Zuordnung zur physikalischen Schicht:
- PRBs sind die Einheiten, die physisch den über die Luft übertragenen Funksignalen zugeordnet sind. Die von einem PRB übertragenen Informationen umfassen sowohl Benutzerdaten als auch Steuerinformationen, die für die Verwaltung der Kommunikationsverbindung erforderlich sind.
- Modulation und Codierung:
- Die Zuweisung von Unterträgern innerhalb eines PRB ermöglicht die gleichzeitige Übertragung mehrerer Datenströme mithilfe von Techniken wie QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Die Modulations- und Kodierungsschemata können basierend auf den Kanalbedingungen und den spezifischen Eigenschaften des PRB angepasst werden.
- Dynamische Ressourcenzuteilung:
- PRBs unterstützen die dynamische Ressourcenzuweisung und ermöglichen es dem System, sich an sich ändernde Kanalbedingungen und unterschiedliche Datenratenanforderungen anzupassen. Diese Anpassungsfähigkeit ist entscheidend für das Erreichen einer hohen spektralen Effizienz und die Erfüllung der unterschiedlichen Anforderungen verschiedener Dienste.
- Feedback zur Kanalqualität:
- Die Qualität des Kanals, der einem bestimmten PRB zugeordnet ist, wird kontinuierlich überwacht. Das UE gibt dem gNodeB Feedback zur Kanalqualität und ermöglicht so dynamische Anpassungen der Ressourcenzuweisung, um eine zuverlässige Kommunikation aufrechtzuerhalten.
- Planung und Gewährung:
- Planung und Gewährung von PRBs sind Kernfunktionen im 5G-System. Der gNodeB plant die Zuweisung von PRBs zu UEs basierend auf Faktoren wie Kanalbedingungen, QoS-Anforderungen (Quality of Service) und Prioritätsstufen.
- Hybrid-TDD- und FDD-Betrieb:
- PRBs sind sowohl an die Betriebsmodi Time Division Duplex (TDD) als auch Frequency Division Duplex (FDD) anpassbar. Diese Flexibilität ermöglicht den effizienten Betrieb von 5G-Netzwerken in verschiedenen Einsatzszenarien.
- Numerologie und Slot-Konfiguration:
- Das Konzept der Numerologie in 5G bezieht sich auf die Kombination aus Unterträgerabstand und Slotdauer. Für unterschiedliche Anwendungsfälle werden verschiedene Numerologien definiert. Die PRB-Zuteilung ist eng mit der Numerologie und der Slot-Konfiguration verknüpft und beeinflusst die Granularität der Ressourcenzuteilung.
- Strahlmanagement und Mobilität:
- PRBs spielen eine Rolle bei Strahlenmanagement- und Mobilitätsmanagementstrategien. Beamforming und Tracking mobiler Benutzer erfordern dynamische Anpassungen der PRB-Zuweisungen, um Kommunikationsverbindungen zu optimieren.
- Anpassung und Effizienz verknüpfen:
- PRBs unterstützen Verbindungsanpassungstechniken, bei denen die Modulations- und Codierungsschemata dynamisch an die Kanalbedingungen angepasst werden. Diese Anpassungsfähigkeit trägt zur Effizienz und Zuverlässigkeit der Datenübertragung bei.
Zusammenfassend sind Resource Blocks (RBs) und Physical Resource Blocks (PRBs) grundlegende Konzepte in drahtlosen 5G-Netzwerken, die die Grundlage für die dynamische Zuweisung von Ressourcen im Zeit-Frequenz-Bereich bilden. RBs bieten Flexibilität, Anpassungsfähigkeit und Orthogonalität, während PRBs die physischen Einheiten darstellen, die Benutzerdaten und Steuerinformationen über die Luftschnittstelle übertragen. Die effektive Verwaltung von RBs und PRBs ist für das Erreichen der Hochleistungsziele von 5G, einschließlich hoher Datenraten, geringer Latenz und effizienter Spektrumsnutzung, von entscheidender Bedeutung.