Die 5G-Funkzugangstechnologie 3GPP (3rd Generation Partnership Project) definiert die Spezifikationen für die Luftschnittstellen- und Funkzugangsnetzwerkkomponenten (RAN) von 5G-Netzen. Diese Spezifikationen legen den Grundstein für die Kommunikation zwischen Benutzergeräten (UEs) und Basisstationen in 5G. Das 3GPP hat mehrere Schlüsselfunktionen und Technologien innerhalb des 5G-Funkzugangsrahmens beschrieben. Schauen wir uns die Details an:
- NR (Neues Radio):
- Einführung: NR oder New Radio ist der vom 3GPP entwickelte Luftschnittstellenstandard für die drahtlose 5G-Kommunikation. Es stellt eine bedeutende Weiterentwicklung gegenüber früheren Generationen (4G LTE) dar und führt neue Funktionen ein, um den vielfältigen Anforderungen von 5G-Anwendungsfällen gerecht zu werden.
- Flexible Numerologie: NR führt eine flexible Numerologie ein, die die Übertragung von Daten in verschiedenen Unterträgerabstandskonfigurationen ermöglicht und so eine Vielzahl von Anwendungsfällen mit unterschiedlichen Anforderungen an Latenz und Datenraten abdeckt.
- Mehrere Spektrumbänder:
- Low-Band (Sub-1 GHz): 5G NR arbeitet in den Sub-1-GHz-Frequenzbändern und bietet eine breite Abdeckung und verbesserte Signalausbreitungseigenschaften. Dies ist für die Ausweitung der 5G-Konnektivität auf vorstädtische und ländliche Gebiete von entscheidender Bedeutung.
- Mid-Band (1 GHz – 6 GHz): Mid-Band-Frequenzen sorgen für ein Gleichgewicht zwischen Abdeckung und Kapazität und bieten schnellere Datenraten als Low-Band-Frequenzen, während sie gleichzeitig eine breitere Abdeckung im Vergleich zu High-Band-Frequenzen (mmWave) beibehalten.
- High-Band (mmWave, 24 GHz und höher): High-Band-Frequenzen im mmWave-Bereich ermöglichen extrem hohe Datengeschwindigkeiten und eignen sich daher für dicht besiedelte Stadtgebiete und Standorte mit hoher Nutzernachfrage. Allerdings sind sie mit Herausforderungen im Hinblick auf die Reichweite und das Durchdringen von Hindernissen verbunden.
- Massive MIMO (Mehrfacheingabe, Mehrfachausgabe):
- Überblick: Massive MIMO ist eine Schlüsseltechnologie im 5G-Funkzugangsnetz, die den Einsatz einer großen Anzahl von Antennen sowohl an der Basisstation als auch am Benutzergerät erfordert.
- Vorteile: Massive MIMO steigert die spektrale Effizienz, erhöht die Kapazität und verbessert die Gesamtleistung des Netzwerks, indem es mehrere räumliche Streams ermöglicht und Beamforming-Techniken unterstützt.
- Beamforming:
- Dynamisches Beamforming: 5G NR beinhaltet dynamische Beamforming-Techniken, die es Basisstationen ermöglichen, Signale auf bestimmte Benutzergeräte oder Bereiche zu fokussieren. Dies verbessert die Signalqualität, verbessert die Abdeckung und unterstützt die effiziente Nutzung der Spektrumressourcen.
- Verbesserte räumliche Abdeckung: Beamforming ist bei High-Band-Einsätzen wie mmWave von entscheidender Bedeutung, wo Signale möglicherweise anfälliger für Blockaden und Dämpfung sind.
- Flexibles TDD (Time Division Duplex) und FDD (Frequency Division Duplex):
- TDD- und FDD-Unterstützung: 5G NR unterstützt sowohl den TDD- als auch den FDD-Modus und bietet Flexibilität bei der Bereitstellung von Netzwerken basierend auf regionalen Frequenzzuteilungen und Betreiberpräferenzen.
- Dynamic Spectrum Sharing: TDD ermöglicht die dynamische Zuweisung von Spektrumressourcen zwischen Uplink und Downlink, während FDD dedizierte Frequenzbänder für die Uplink- und Downlink-Kommunikation bereitstellt.
- Carrier-Aggregation:
- Kombinieren von Spektrumbändern: Trägeraggregation ermöglicht die Aggregation mehrerer Frequenzbänder, um die Gesamtdatenraten zu erhöhen. Dies ist eine entscheidende Funktion für 5G, da sie die Nutzung verschiedener Spektrumsbänder unterstützt, um höhere Kapazität und schnellere Datengeschwindigkeiten bereitzustellen.
- Vollduplex-Kommunikation:
- Gleichzeitiges Senden und Empfangen: 5G NR führt Vollduplex-Kommunikationsfunktionen ein, die gleichzeitiges Senden und Empfangen auf demselben Frequenzkanal ermöglichen. Dies erhöht die spektrale Effizienz und verbessert die Gesamtleistung des Netzwerks.
- URLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communications):
- Design mit geringer Latenz: 5G NR ist für die Unterstützung von URLLC-Anwendungsfällen konzipiert und bietet extrem niedrige Latenz und hohe Zuverlässigkeit für Anwendungen wie industrielle Automatisierung, autonome Fahrzeuge und geschäftskritische Kommunikation.
- Integration mit LTE (Long-Term Evolution):
- NSA- (Nicht-Standalone) und SA- (Standalone) Modi: 5G NR kann in Verbindung mit der vorhandenen LTE-Infrastruktur im NSA-Modus bereitgestellt werden, sodass Betreiber ihre LTE-Netzwerke nutzen und gleichzeitig 5G-Funktionen einführen können. Der SA-Modus stellt eine völlig unabhängige 5G-Netzwerkarchitektur dar.
Zusammenfassend umfassen die 3GPP 5G-Funkzugangsspezifikationen eine Reihe von Technologien und Funktionen, die darauf ausgelegt sind, die unterschiedlichen Anforderungen von 5G-Anwendungsfällen zu erfüllen. Von der flexiblen Spektrumsnutzung bis hin zu fortschrittlichen Antennentechnologien wie Massive MIMO und Beamforming bilden diese Spezifikationen die Grundlage für den Einsatz robuster und leistungsstarker 5G-Netzwerke.