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5G-Technologie: 5G-Mobilkommunikation

5G-Technologie: 5G-Mobilkommunikation

Das 5G-Mobilkommunikationssystem bietet ein weitaus höheres Leistungsniveau als die vorherigen Generationen von Mobilkommunikationssystemen.

Die neue 5G-Technologie ist nicht nur die nächste Version der Mobilkommunikation, die sich von 1G zu 2G, 3G, 4G entwickelt, sondern bietet einen neuen Ansatz für allgegenwärtige Konnektivität.

Die 5G-Technologie ist sehr unterschiedlich. Frühere Systeme hatten sich mehr von dem entwickelt, was mit der neuesten Technologie möglich war. Die neue 5G-Technologie wurde von Anzeigenanwendungen mit spezifischen Verwendungszwecken angetrieben.

Die 5G-Mobilkommunikation wurde durch die Notwendigkeit angetrieben, allgegenwärtige Konnektivität für Anwendungen bereitzustellen, die so vielfältig sind wie die Automobilkommunikation, die Fernsteuerung mit haptischem Feedback, riesige Video-Downloads sowie Anwendungen mit sehr niedriger Datenrate wie Fernsensoren und das, was als "so" bezeichnet wird IoT, Internet der Dinge.

5G bietet eine viel größere Flexibilität und kann daher ein viel breiteres Anwendungsspektrum unterstützen, von Internet of Things-Anforderungen mit niedriger Datenrate bis hin zu Anwendungen mit sehr schneller Datenrate und sehr geringer Latenz.

5G-Standardisierung

Wie alle weit verbreiteten Systeme unterliegt die 5G-Mobilkommunikation einer Reihe von Standards. Aufbauend auf 2G GSM, 3G UMTS und dann 4G LTE fällt der 5G-Standard unter die Schirmherrschaft von 3GPP - Partnership Project der dritten Generation.

3GPP verfügt über eine Reihe verschiedener Arbeitsgruppen, die sich jeweils mit unterschiedlichen Elementen der erforderlichen Standards befassen. Sie stützen sich auf Branchenexperten, die ihre Zeit geben und von relevanten Mobilfunkunternehmen gesponsert werden. Auf diese Weise werden die Standards geschrieben und entwickelt.

Durch eine wichtige Branchenorganisation, die die Standards kontrolliert, können interessierte Parteien die Standards beeinflussen, um sicherzustellen, dass die erforderliche Funktionalität erhalten wird. Da der Standard international ist, können nicht nur verschiedene Unternehmen an verschiedenen Elementen des Systems arbeiten und wissen, dass sie zusammenarbeiten, sondern auch für den Benutzer stehen Funktionen wie Roaming zur Verfügung, und die Kosten für Telefone, Anrufe usw. werden dadurch reduziert der Skaleneinsparungen usw.

Die 3GPP-Standards werden als spezifische Releases aktualisiert - jedes Release verfeinert bereits beschriebene Elemente und führt neue Funktionen ein. Frühere Versionen enthielten die Standards für GSM, UMTS und LTE. Als 5G mit der Entwicklung begann, wurde es ebenfalls in die Standards aufgenommen.


3GPP-Versionen
3GPP-VersionVeröffentlichungsdatumEinzelheiten
Vorherige Versionen--GSM, UMTS & LTE
Release 14Mitte 2017Elemente auf dem Weg zu 5G
Release 15Ende 20185G Phase 1-Spezifikation
Release 1620205G Phase 2-Spezifikation
Release 17~ September 2021

Die neuen Versionen enthalten auch Updates für frühere Systeme - Release 14 enthielt beispielsweise viele neue Funktionselemente für LTE sowie Updates usw. für UMTS und GSM.


Übersicht über 5G-Zellularsysteme

Während sich die verschiedenen Generationen der zellularen Telekommunikation weiterentwickelt haben, hat jede ihre eigenen Verbesserungen gebracht. Gleiches gilt für die 5G-Technologie.

  • Erste Generation, 1G: Diese Telefone waren analog und waren die ersten verwendeten Mobiltelefone oder Mobiltelefone. Obwohl sie zu ihrer Zeit revolutionär waren, boten sie ein sehr geringes Maß an Spektrumseffizienz und -sicherheit.
  • Zweite Generation, 2G: Diese basierten auf digitaler Technologie und boten eine viel bessere Spektrumseffizienz, Sicherheit und neue Funktionen wie Textnachrichten und Kommunikation mit niedriger Datenrate.
  • Dritte Generation, 3G: Ziel dieser Technologie war es, Hochgeschwindigkeitsdaten bereitzustellen. Die ursprüngliche Technologie wurde verbessert, um Daten mit bis zu 14 Mbit / s und mehr zu ermöglichen.
  • Vierte Generation, 4G: Dies war eine All-IP-basierte Technologie, die Datenraten von bis zu 1 Gbit / s bereitstellen konnte.
  • 5G-Technologie: Als 5G zum ersten Mal postuliert wurde, wurden eine Reihe von Anwendungsfällen vorgebracht: Datenübertragung mit sehr hoher Geschwindigkeit, wenn Video-Downloads größer und üblicher werden; Fernbedienung mit geringer Latenz - Beispiele für autonome Fahrzeuge, die mit der Rad-Infrastruktur kommunizieren, um einen sicheren Transport zu gewährleisten, sowie das Beispiel für erfahrene Chirurgen, die in der Lage sind, heikle Operationen über eine 5G-Verbindung aus der Ferne durchzuführen. Beide Beispiele erfordern eine Mobilkommunikation mit sehr geringer Latenz. mehr Fähigkeit zur allgemeinen Datenkommunikation; Fähigkeit, die sehr niedrige Datenrate und gelegentliche Kommunikation für das Internet der Dinge, IoT, zu berücksichtigen, wo eine sehr lange Akkulaufzeit erforderlich ist.

Anstatt nur mehr von dem zu bieten, was in früheren Mobilkommunikationsgenerationen vorhanden war, musste die 5G-Technologie neue Funktionen und allgegenwärtige Konnektivität bieten. Dies würde nicht nur die Verwendung von Ausgangsbasisstationen erfordern, die in 5G umgewandelt werden könnten, sondern auch viel mehr kleine Zellen.

5G-Anforderungen

Als Vorbereitung für die Arbeiten für das neue 5G-Mobilkommunikationssystem wurden die Rahmenanforderungen festgelegt. Diese wurden von der ITU im Rahmen von IMT2020 definiert. Selbst jetzt mit 5G als aktivem Mobilkommunikationssystem ist es nützlich, auf diese Anforderungen zu verweisen.


Vorgeschlagene 5G Wireless-Leistung
ParameterVorgeschlagene Leistung
SpitzendatenrateMindestens 20 Gbit / s Downlink und 10 Gbit / s Uplink pro mobiler Basisstation. Dies entspricht einer 20-fachen Erhöhung des Downlinks gegenüber LTE.
5G VerbindungsdichteMindestens 1 Million angeschlossene Geräte pro Quadratkilometer (um IoT-Unterstützung zu ermöglichen).
5G Mobilität0 km / h bis "500 km / h Hochgeschwindigkeitsfahrzeug".
5G EnergieeffizienzDie 5G-Spezifikation fordert Funkschnittstellen, die unter Last energieeffizient sind, aber auch bei Nichtgebrauch schnell in einen Energiesparmodus wechseln.
5G spektrale Effizienz30 Bit / Hz Downlink und 15 Bit / Hz Uplink. Dies setzt 8x4 MIMO voraus (8 räumliche Schichten nach unten, 4 räumliche Schichten nach oben).
5G reale DatenrateDie Spezifikation "nur" fordert eine Download-Geschwindigkeit pro Benutzer von 100 Mbit / s und eine Upload-Geschwindigkeit von 50 Mbit / s.
5G LatenzUnter idealen Umständen sollten 5G-Netzwerke Benutzern eine maximale Latenz von nur 4 ms bieten (im Vergleich zu 20 ms für LTE).

5G Kommunikationssystem

Das 5G-Mobilfunkkommunikationssystem ist eine wesentliche Veränderung in der Funktionsweise von Mobilfunknetzen. Neue Netzwerktopologien, Zugangsnetzwerke und dergleichen wurden definiert und implementiert.

  • 5G New Radio, 5G NR: 5G New Radio ist der neue Name für das 5G Radio Access Network. Es besteht aus den verschiedenen Elementen, die für das neue Funkzugangsnetz benötigt werden. Mithilfe einer weitaus flexibleren Technologie kann das System auf die unterschiedlichen und sich ändernden Anforderungen mobiler Benutzer reagieren, unabhängig davon, ob es sich um einen kleinen IoT-Knoten oder einen stationären oder mobilen Benutzer mit hohen Datenmengen handelt.
  • 5G NextGen Core Network: Obwohl bei den ersten Bereitstellungen von 5G das Kernnetz von LTE oder möglicherweise sogar 3G-Netzwerke verwendet wurden, musste das Netzwerk auf eine viel flachere Struktur umgestellt werden, um die erforderliche Datenfähigkeit und geringe Latenz bereitzustellen.

5G-Technologien

5G enthält auch viele Technologien, von denen viele neu sind, damit es die dafür erforderlichen sehr hohen Leistungsniveaus bieten kann.

Die Technologien für die 5G-Mobilkommunikation umfassen:

  • Wellenformen & Modulation: Eine der Hauptdiskussionen bei der Entwicklung von 5G war die Art der zu verwendenden Wellenform. Am Ende basierte das Schema auf OFDM, wobei die tatsächlichen Modulationsformate von der Verbindung abhängen. Dazu gehören QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM und für die Aufwärtsverbindung, wenn DFT-OFDM verwendet wird, kann π / 2-BPSK verwendet werden.

    Für die Zukunft können andere Formen von Wellenformen entwickelt werden, aber derzeit basiert die Wellenform auf OFDM.


  • Mehrfachzugriff: Wieder wurden verschiedene Zugangsschemata diskutiert, aber für das 5G New Radio wurde OFDMA implementiert. Für den Downlink wurde CP-OFDM verwendet und im Uplink konnte entweder CP-OFDM oder DFT-OFDM verwendet werden.

  • Millimeterwellenkommunikation: Die Millimeterwellen-Mobilkommunikation wurde für die ersten Bereitstellungen des 5g-Mobilkommunikationssystems nicht implementiert, da die Technologie für die kostengünstige Millimeterwellenkommunikation nicht ausreichend entwickelt worden war. Die Verwendung von mmWave für die 5G-Mobilkommunikation erfordert eine große Anzahl von Basisstationen, um die erforderliche Abdeckung zu gewährleisten.

    In Vorbereitung auf die Implementierung von mmWave werden Frequenzen zugewiesen und fallen in den Zuweisungssatz FR2 (Frequenzbereich 2).


  • Massiver MIMO mit Strahllenkung: Die Antennentechnologien für 5G bieten erhebliche Möglichkeiten zur Leistungssteigerung gegenüber 4G. Obwohl MIMO mit 4G LTE verwendet wurde, wurde die Technologie weiterentwickelt.

    Die Strahlsteuerungstechnologie wurde ebenfalls übernommen, um zu ermöglichen, dass die Sende- und Empfängerantennenstrahlen auf die Mobiltelefone fokussiert werden, mit denen sie kommunizieren. Jedes Mobiltelefon kann mithilfe fortschrittlicher Antennentechnologie über einen eigenen Strahl verfügen. Dadurch wird die übertragene Leistung dort konzentriert, wo sie benötigt wird, und die Interferenz zwischen Mobiltelefonen wird verringert. Dies führt zu einer signifikanten Verbesserung der Leistung.


  • Dichte Netzwerke: Durch die Reduzierung der Zellengröße wird das verfügbare Spektrum insgesamt viel effektiver genutzt. Während die großen Makrozellen für die allgemeine Kommunikation beibehalten werden, werden viel mehr kleine Zellen bereitgestellt, um sicherzustellen, dass die Datenkapazität bereitgestellt werden kann.

    Die Verwendung kleinerer Zellen führt zu einer viel größeren Frequenzwiederverwendung, und als Ergebnis kann das gesamte Netzwerk eine signifikant erhöhte Datenkapazität bereitstellen. Da die Datennutzung schnell zunimmt, ist dies eine klare und dringende Anforderung.

Dies sind einige der wichtigsten Techniken, die für die Verwendung in 5G entwickelt und diskutiert werden.

5G Timeline & Daten

Die 5G-Technologie hat sich rasant entwickelt. Die ersten echten Bereitstellungen wurden 2019 live geschaltet, und bald folgten weitere Bereitstellungen. Obwohl es einige Kinderkrankheiten gab, bemerkten viele eine signifikante Geschwindigkeitssteigerung.

Um der neuen Technologie gerecht zu werden, wurden neue Mobiltelefone eingeführt, mit denen Benutzer von viel höheren Download-Geschwindigkeiten profitieren konnten.

Viele Länder waren daran interessiert, die 5G-Technologie schnell einzusetzen, da eine effektive Kommunikation das Wirtschaftswachstum ermöglicht und als wesentliches Element des modernen Lebens und der Industrie angesehen wird.

Hinweis zur 5G-Zeitleiste und zum Verlauf:

Die 5G-Mobilkommunikation befand sich einige Jahre in der Entwicklung, bevor sie erstmals bereitgestellt wurde, und selbst dann auch einige Jahre. Die Geschichte der 5G-Technologie umfasste viele Menschen und Unternehmen, bevor sie erfolgreich eingesetzt und weit verbreitet wurde.

Lesen Sie mehr über 5G Geschichte.

Die 5G-Mobilkommunikationstechnologie entwickelt sich rasant und wird zur Technologie, auf die sich alle zubewegen. Es wird nicht nur in der Lage sein, die dafür erforderlichen superschnellen Geschwindigkeiten zu erfüllen, sondern es wird auch möglich sein, die Anforderungen an die niedrige Datenrate für IoT- und IIoT-Anwendungen zu erfüllen. Daher kann die 5G-Mobilkommunikation eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen umfassen und sehr viele verschiedene Datentypen berücksichtigen.

Themen zu drahtloser und drahtgebundener Konnektivität:
Grundlagen der Mobilkommunikation2G GSM3G UMTS4G LTE5GWiFiIEEE 802.15.4DECT SchnurlostelefoneNFC- NahfeldkommunikationNetzwerkgrundlagenWas sind die CloudEthernetSerial-DatenUSBSigFoxLoRaVoIPSDNNFVSD-WAN
Drahtlose und kabelgebundene Konnektivität

Schau das Video: Eine Frage: Was ist eine #5G Antenne? (Oktober 2020).