Mobilfunktechnologien

Das komplexe Thema Mobilfunk erstreckt sich über ein weites Feld. Wer verstehen möchte, wie Daten beispielsweise auf das Handy gelangen oder wo genau die Unterschiede zwischen LTE und 5G liegen, sollte die Grundlagen kennen.

Die Bundesregierung informierte am 13. Juni 2019 über die beendete Versteigerung der 5G-Frequenzen der Bundesnetzagentur. Versteigert wurden Frequenzpakete in den Bereichen 2 GHz und 3,4 bis 3,7 GHz. Diese Frequenzbereiche sind umfassend erforscht und wurden in der Vergangenheit bereits für vergleichbare Nutzungen vergeben.
Schon mit LTE (Long-Term Evolution, auch 4G genannt) stehen hohe Datenraten zur mobilen Nutzung zur Verfügung. Allerdings sind bereits heute die meisten der neu auf den Markt kommenden Mobiltelefone ab der mittleren Preisklasse in der Lage das 5G-Mobilfunknetz zu nutzen. Die Vorteile von 5G kommen zunächst vor allem im industriellen Bereich zum Tragen. So ist die Technologie aufgrund der sehr geringen Latenzzeiten (Reaktionszeit des Systems) z.B. für die Echtzeitkommunikation von Maschinen unabdingbar.

Massive MIMO (Multiple Input Multiple Output)

MIMO Antennen wurden bereits zur Erhöhung der Übertragungskapazitäten im LTE Netz eingesetzt. Die Weiterentwicklung im 5G-Standard führt durch den Einsatz von Massive MIMO Antennen zu einer weiteren Verbesserung der Empfangssignale. Die Bezeichnung „Massive“ steht für 64 und mehr Antennenelemente im Fall von 5G. Bei LTE kommen dagegen nur 2 bzw. 4 Antennenelemente zum Einsatz. Mit der neuen Generation von Antennen wird das sogenannte „Beamforming“ ermöglicht. Die Antennen können das Sendesignal auf einen aktiven Teilnehmer konzentrieren und somit die Strahlenbelastung im gesamten Umfeld reduzieren. Massive MIMO Antennen erhöhen also nicht nur den Datendurchsatz, sondern verbrauchen auch weniger Energie.

V2X

V2X steht für die Kommunikation von Fahrzeugen (Vehicle) zu anderen Fahrzeugen (V2V), zur Infrastruktur (V2I), zu Fußgängern bzw. Fahrradfahrten (V2P). Die Unterstützung von V2X-Kommunikation durch den Mobilfunk wird als Cellular-V2X bezeichnet (C-V2X).
Die Unterstützung von Cellular-V2X ist bereits in LTE gegeben, wobei eine Nutzung durch mobile Endgeräte wegen des begrenzten Energiegehalts der Batterien bisher nicht erfolgt. In späteren Releases von 5G erfolgen Verbesserungen der Kommunikationstechnologie derart, dass diese so energieeffizient sind, dass auch normale batteriebetriebene Endgeräte von Fußgängern und Radfahrern an der V2X-Kommunikation teilnehmen können. So kann die Sicherheit im Straßenverkehr deutlich erhöht werden

Positioning

In einer Vielzahl von Anwendungsszenarien steht die Lokalisierung von Geräten oder Produktionsgütern im Vordergrund. Hierfür bietet 5G beste Voraussetzungen, da es unter anderem eine große Bandbreite für eine bessere Zeitauflösung, neue Frequenzbänder im mm-Wellen-Bereich und massive MIMO (Multiple Input Multiple Output) für genaue Winkelmessungen bietet. Dabei sollen Positionsgenauigkeiten von wenigen Dezimetern erreicht werden. Anwendungen wie die Navigation in Innenräumen aber auch die Ortung von verletzten Menschen werden hier nur einige der Applikationen sein, die durch die präzise Positionierung ermöglicht werden.

Integral Access Backhaul (IAB)

Integrated Access Backhaul (IAB) bietet die Möglichkeit 5G-Basisstationen untereinander zu vernetzen, ohne sie direkt an das Backbone (Hintergrundnetz) anzuschließen. Dabei dient eine leistungsstarke Makrozelle als Anbindung für die einzelnen 5G-Zellen ohne eigenen Access.

Reduced Capability (redcap)

Eine der wichtigsten Leistungsgruppen in 5G-Netzen ist die sogenannte Maschine Type Communication (MTC). Dabei werden Informationen zwischen unterschiedlichsten Geräten und Maschinen direkt ausgetauscht. 5G stellt hierzu die notwendigen Leistungsmerkmale zur Verfügung. Auch ein reduzierter Stromverbrauch steht dabei im Fokus. In 5G wird dies unter dem Begriff reduced capability (redcap) zusammengefasst.