5 Fakten zu 5G New Radio

Mit Release 15 hat das 3GPP die erste offizielle Definition für den Mobilfunkstandard 5G New Radio verabschiedet. Hier erfahren Sie mehr zu den Features des neuen Standards und finden Lösungen für den Entwurf und Test von 5G-Technologien.

 

1. New Radio (NR) ist die Bezeichnung für die Luftschnittstelle

Der Begriff New Radio oder 5G NR wurde vom 3rd Generation Partnership Project (3GPP) für das Release 15 geprägt. NR bezeichnet den Mobilfunkstandard der fünften Generation und ist damit der Nachfolger von LTE (4G) und UMTS (3G). Die Entwurfsspezifikation für Release 15 wurde im Dezember 2017 verabschiedet und soll voraussichtlich bis Mitte 2018 finalisiert werden. Release 15 ist jedoch erst der Anfang und stellt Phase eins des 5G-Mobilfunkstandards dar. Release 16, das für Dezember 2019 geplant ist, wird dann die Spezifikationen für die zweite Phase von 5G bereitstellen.

2. 5G wird neues Frequenzspektrum nutzen

Um die Frage, welches Spektrum 5G-Netzwerke zukünftig nutzen sollen, wurden hitzige Debatten geführt, allerdings zeichnet sich langsam ein klareres Bild ab. Bereits zu Beginn der 5G-Forschung wurden Frequenzen im mm-Wellen-Bereich als großer Favorit gehandelt und diese werden auch definitiv mit von der Partie sein. Jedoch wird auch das Spektrum unterhalb von 6 GHz eine wichtige Rolle spielen. Release 15 beinhaltet mehrere neue Frequenzbereiche für NR-Bereitstellungen, die von 2,5 bis 40 GHz reichen. Die Frequenzbänder von 3,3 bis 3,8 GHz sowie von 4,4 bis 5,0 GHz sind dabei für den mobilen Anwendungsbereich vorgesehen. Im Spektrumsbereich von 3,3 bis 3,8 GHz kann möglicherweise schon 2018 mit ersten 5G-Systemen gerechnet werden, da die Aufsichtsbehörden in den USA, Europa und mehreren asiatischen Ländern dieses Spektrum bereits für 5G freigegeben haben. Aufgrund der hohen Bandbreiten ist dieser Frequenzbereich auch für Mobilfunkanbieter attraktiv. Das Spektrum bis 40 GHz ist jedoch erst der Anfang, denn zukünftige 3GPP-Releases könnten Frequenzbereiche bis 86 GHz umfassen.

3. Beamforming ist eine Schlüsseltechnologie

Zur Optimierung der Signalstärke auf mobilen Endgeräten wird für NR eine Mischung aus analogem und digitalem Beamforming zum Einsatz kommen. Beamforming ist im Mobilfunk kein neues Konzept, da digitales Beamforming bereits von LTE-Netzwerken genutzt wird. Bei 5G ist jedoch aufgrund des Signalausbreitungsverhaltens und der geringeren Antennengrößen der Einsatz umfassenderer analoger Beamforming-Verfahren notwendig. Bei Frequenzen oberhalb von 24 GHz können 5G-Basisstationen durch analoges Beamforming bei enger gebündelten Strahlen Downlink-Signale effizienter steuern. Dafür muss der Strahl zunächst abgetastet werden, damit die Basisstation die effektivste Strahllage für das jeweilige Mobilgerät ermitteln kann. Mit diesem Verfahren profitiert das Empfangsgerät der Downlink-Übertragung von einer höheren Signalstärke, besonders wenn Modulationsformate höherer Ordnung genutzt werden. Allerdings sorgt das Beamforming auch für größere Testherausforderungen, da jeder Strahl einzeln charakterisiert und getestet werden muss. Darüber hinaus sind auch Over-the-Air-Messungen erforderlich, um die Leistung der Funksignale zu validieren.

4. Die ersten 5G-Geräte werden weiterhin LTE nutzen

Die erste Phase von 5G NR umfasst sowohl Stand-alone- als auch Non-Stand-Alone-Bereitstellungen. Im Non-Stand-alone-Modus werden Mobilgeräte gleichzeitig 4G- und 5G-Netzwerke nutzen, da sie sowohl mit einer LTE-Basisstation (eNB) als auch einer NR-Basisstation (gNB) verbunden sind. Die Spezifikation für den Non-Stand-alone-Betrieb wurde im Dezember 2017 verabschiedet. Mit der Finalisierung von Release 15, die für Mitte 2018 geplant ist, sollen auch die Spezifikationen für den Stand-alone-Betrieb feststehen. In der Zwischenzeit werden Endgeräte gleichzeitig LTE- und NR-Transceiver nutzen, wobei das Hauptaugenmerk hier darauf liegt, die Energieeffizienz zu verbessern und Interferenzen so gering wie möglich zu halten.

5. Phase eins nutzt weiterhin OFDM-Signale

Für 5G stehen zwar mehrere Signalformen zur Auswahl, allerdings wird die erste Phase von NR auf einer Variante von OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) basieren. Die als Cyclic-Prefix (CP) bezeichnete OFDM-Version, die für 5G-NR-Downlink-Verbindungen genutzt wird, kommt auch bei LTE als Downlink-Signal zum Einsatz. Im Gegensatz zu LTE werden bei 5G NR jedoch auch die Uplink-Verbindungen auf CP-OFDM- und DFT-S-OFDM-Signalen basieren. Darüber hinaus erlaubt 5G NR variable Unterträgerabstände. Während LTE-Unterträger so gut wie immer Abstände von 15 kHz aufweisen, sind bei 5G NR flexible Abstände von 15 kHz x 2n möglich. Der größtmögliche Unterträgerabstand liegt bei 240 kHz, allerdings nur für Trägerbandbreiten von 400 MHz.

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