Wie sollte sich der Mobilfunk weiterentwickeln, nachdem durch 4G bereits ein großer Schritt in Richtung Hoher Datenraten (Mobile Broadband) getan war? Zunächst war es natürlich naheliegende die Datenraten noch weiter zu erhöhen und gleichzeitig die Kapazitäten auszuweiten. LTE erlaubte mehr und mehr Datendienste wie Videoübertragung, es kommt jedoch zu Engpässen in dichten städtischen Gebieten. In Ländlichen Gebieten wiederum musste dafür Sorge getragen werden dass es überhaupt mobile Broadband gab.
Mit LTE zeichnete sich bereits eine weitere Entwicklung ab, die sich fortsetzen sollte: Das Internet der Dinge. Geräte vernetzen sich. Sensoren bekommen Verbindungen zum Netzwerk. Narrowband IoT war das Stichwort. Ein neues 5G Netzwerk musste ein entsprechendes Wachstum zulassen. Es musste möglich sein, tausende Sensoren in einer Funkzelle zu bedienen und für diese Sensoren sollte es möglich sein mit sehr geringen Aufwand Daten mit dem Funknetz auszutauschen.
Und es kam noch eine weitere Anwendung hinzu. Maschinensteuerung. Nehmen wir z.B. zwei Fahrzeuge, welche auf einer Autobahn fahren. Wenn sie miteinander in (elektrischer) Verbindung sind, können sie theoretisch mit nur 1-2 m Abstand zueinander fahren, selbst bei hohen Geschwindigkeiten. Was nötig ist, ist dass das folgende Fahrzeug binnen Millisekunden die Information erhält, dass das vorherfahrende Fahrzeugt bremst. Man nennt so etwas Platooning. Wenn eine solche Verbindung über ein Funknetz passieren soll, muss dieses eine sehr geringe Latenz haben, d.h. die Information muss binnen Millisekunden übertragen werden. Außerdem muss die Verbindung „sehr sicher“ sein. Ein Netz, welches solche Verbindungen zulässt würde völlig neue Industrien und Anwendungen ermöglichen.
IMT 2020
2015 wurde auf einer IMT Conference beschlossen die nächste Generation von Mobilfunk zu definieren bzw. zu spezifizieren. Nach IMT 2000 und IMT Advanced wurden die neuen Spezifikationen unter IMT 2020 zusammengefasst.
Die Internationale Fernmeldeunion (ITU-R) hat drei Anwendungsgruppen definiert.
- Enhanced Mobile Broadband (eMBB): Verbesserter Breitband Datenverkehr mit geringen Latenzen.
- Massive Machine Type Communication (mMTC): Anwendungen im Bereich Internet of Things. Geringer Batterieverbrauch sporadischer Zugang zum Netz. Etwa Sensoren oder Zähler welche hin und wieder abgelesen werden.
- Ultra Reliable and Low Latency Communication (URLLC): Sehr verlässliche Verbindungen mit hohen Datenmengen und geringer Latenz etwa für Fernsteuerung von Maschinen und Anlagen.
Daraus ergaben sich entsprechend Spezifikationen:
Natürlich wurden sollten, wie bei jeder neuen Generation Mobilfunk die Peak Datenraten erhöht werden. So sollte ein 5G System mindestens eine Uplink Datenrate von 20 Gbit/s für den Downlink und 10 Gbit/s für den Uplink ermöglichen.
Dies sind theoretische Spitzenwerte. Allerdings sollte sich die „realistische“ Datenrate der Nutzer auch erhöhen. So sollten für den Nutzer in 95% aller Fälle Datenraten von 100Mbit/s im Downlink und 50Mbit/s im Uplink garantiert werden. Der durchschnittliche Verkehr pro qm sollte 10Mbit/s sein.
Ein weiteres Merkmal für Verbesserung war die Latenz. Diese wurde bereits von 2,5 G bis hin zu 4G deutlich verkürzt. Um jedoch spezielle Anwendungen, etwa in Maschinensteuerung zu ermöglichen sollte die Latenz der Luftschnittstelle auf bis zu 1 ms verkürzt werden.
Es sollte weiterhin möglich sein Handover bei Hochgeschwindigkeit (500 km/h) zu ermöglichen.
Ein weiteres Kriterium für 5G war das man die Anzahl von Endgeräten in einer Zelle erhöht. Hintergrund sind Geräte und nicht unbedingt Mobiltelefone, welche mit dem Netz verbunden sind. Es sollte möglich sein bis zu einer Million Geräte auf 1 qkm zu verwalten.
Weiterhin sollte die Effizienz der Übertragung 30 bit/Hz betragen.
Zusammenfassend sollte 5G also folgende Merkmale haben:
- Peakdatenrate: 20/10 Gbit/s
- Realistische Datenrate: 100mbit/s für 95% der Teilnehmer
- Latenz: 1 ms
- Geschwindigkeit: 500 km/h
- Geräte: 1.000.000 / qkm
- Effizienz: 30 bit/Hz
