Bei den 5G New Radio (NR)-Standards handelt es sich um eine Reihe von Spezifikationen und Protokollen, die von internationalen Standardisierungsgremien für die Telekommunikation definiert wurden, um die Interoperabilität und Kompatibilität von drahtlosen 5G-Kommunikationssystemen sicherzustellen. Die wichtigsten Organisationen, die für die Entwicklung und Aufrechterhaltung dieser Standards verantwortlich sind, sind die International Telecommunication Union (ITU) und das 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Hier finden Sie eine ausführliche Erläuterung der 5G NR-Standards:
1. Internationale Fernmeldeunion (ITU):
- IMT-2020-Rahmenwerk: Die ITU hat das IMT-2020-Rahmenwerk entwickelt und die allgemeinen Ziele und Fähigkeiten dargelegt, die von 5G-Systemen erwartet werden. Dieses Framework dient als Grundlage für 5G-Standards und umfasst wichtige Leistungsindikatoren wie Datenraten, Latenz und spektrale Effizienz.
2. Partnerschaftsprojekt der 3. Generation (3GPP):
- Standardisierungsprozess: 3GPP ist ein Gemeinschaftsprojekt verschiedener Telekommunikationsstandardisierungsorganisationen, die für die Entwicklung von Spezifikationen für mobile Kommunikationssysteme verantwortlich sind. Die 5G NR-Standards sind Teil des 3GPP Release 15 und nachfolgender Releases.
3. Release 15:
- Erste 5G NR-Spezifikationen: Release 15, fertiggestellt im Jahr 2018, markierte den ersten Satz von 5G NR-Spezifikationen. Dabei ging es um den Non-Standalone-Modus (NSA), bei dem 5G in Verbindung mit bestehenden 4G-LTE-Netzen betrieben wird. Release 15 enthielt Spezifikationen für Anwendungsfälle für erweitertes mobiles Breitband (eMBB).
4. Release 16:
- Fertigstellung des Standalone-Modus: Release 16, abgeschlossen im Jahr 2020, erweiterte die 5G NR-Standards um den Standalone-Modus (SA), der ein völlig unabhängiges 5G-Netzwerk ohne Abhängigkeit von der 4G-Infrastruktur ermöglicht. Release 16 befasste sich mit weiteren Anwendungsfällen, darunter ultrazuverlässige Kommunikation mit geringer Latenz (URLLC) und massive maschinenartige Kommunikation (mMTC).
5. Release 17:
- Weitere Verbesserungen und Funktionen: Die laufende Arbeit an Release 17 zielt darauf ab, zusätzliche Verbesserungen und Funktionen für die 5G NR-Standards einzuführen. Dazu können Verbesserungen in Bereichen wie Netzwerkeffizienz, Latenzreduzierung und Unterstützung für neue Anwendungsfälle gehören.
6. Schlüsselkomponenten der 5G NR-Standards:
- Frequenzbänder: Die Standards definieren die für den 5G-NR-Betrieb zugewiesenen Frequenzbänder und umfassen sowohl Sub-6-GHz- als auch Millimeterwellenbereiche (mmWave).
- Modulations- und Kodierungsschemata: Die Modulations- und Kodierungsschemata, wie z. B. 256-QAM, sind darauf ausgelegt, Datenraten und spektrale Effizienz zu maximieren.
- Mehrere Antennentechnologien: Standards beschreiben detailliert die Implementierung mehrerer Antennentechnologien, einschließlich Massive MIMO und Beamforming, um Abdeckung, Kapazität und Zuverlässigkeit zu verbessern.
- Numerologie und Rahmenstruktur: Die Numerologie, der Unterträgerabstand und die Rahmenstruktur sind so definiert, dass sie verschiedenen Anwendungsfällen mit unterschiedlichen Latenz- und Durchsatzanforderungen gerecht werden.
- Duplex-Schemata: Sowohl Zeitduplex- (TDD) als auch Frequenzduplex- (FDD) Konfigurationen sind standardisiert, um Flexibilität bei der Netzwerkbereitstellung zu bieten.
- Mehrfachzugriffstechniken: Standards umfassen verschiedene Mehrfachzugriffstechniken, wie z. B. zuteilungsbasierten und zuteilungsfreien Zugriff, um verschiedene Gerätetypen und Anwendungen effizient zu bedienen.
- Sicherheitsfunktionen: Die Standards beschreiben robuste Sicherheitsfunktionen, einschließlich Authentifizierungs- und Verschlüsselungsprotokollen, um die Vertraulichkeit und Integrität der Kommunikation sicherzustellen.
7. Interoperabilität und globale Harmonisierung:
- Globale Zusammenarbeit: 5G NR-Standards erfordern eine globale Zusammenarbeit, um Interoperabilität und Harmonisierung zwischen verschiedenen Regionen und Netzbetreibern sicherzustellen.
- ITU-Funkkommunikationssektor (ITU-R): Die ITU-R spielt eine Rolle bei der Koordinierung der weltweiten Nutzung des Hochfrequenzspektrums für 5G im Einklang mit dem IMT-2020-Rahmen.
8. Rückwärtskompatibilität:
- Koexistenz mit früheren Generationen: Die Standards gewährleisten Abwärtskompatibilität und ermöglichen die Koexistenz und Interoperabilität von 5G-Netzen mit bestehenden 4G-LTE-Netzen, was einen reibungslosen Übergang für Betreiber und Benutzer erleichtert.
9. Servicebasierte Architektur:
- Übergang zur servicebasierten Architektur: 5G NR-Standards übernehmen eine servicebasierte Architektur, die eine flexiblere und effizientere Bereitstellung von Diensten ermöglicht, die Modularität fördert und neue Geschäftsmodelle ermöglicht.
10. Entwicklung und zukünftige Veröffentlichungen:
- Kontinuierliche Entwicklung: Die Entwicklung von 5G NR-Standards ist ein fortlaufender Prozess mit kontinuierlicher Weiterentwicklung und Verfeinerung durch nachfolgende 3GPP-Releases, um neuen Anforderungen, Technologien und Anwendungsfällen gerecht zu werden.
Zusammenfassend definieren die 5G NR-Standards, die von Organisationen wie der ITU und 3GPP entwickelt wurden, die Spezifikationen und Protokolle, die für den Einsatz drahtloser 5G-Kommunikationssysteme erforderlich sind. Diese Standards umfassen eine breite Palette von Aspekten, darunter Frequenzbänder, Modulationsschemata, Antennentechnologien, Numerologie, Duplexschemata, Sicherheitsfunktionen und globale Interoperabilität, und gewährleisten so eine robuste und standardisierte Grundlage für den weltweiten Einsatz von 5G-Netzwerken.