Next Generation Mobile Networks

Next Generation Mobile Networks (kurz NGMN) ist ein laufendes Projekt von Mobilfunkfirmen und Mobilfunkausrüstern zur Entwicklung der nächsten Mobilfunkgeneration. Die mit Stand 2015 umgesetzten Generationen sind UMTS (3G) und LTE (4G). Das Projekt beschäftigt sich mit „4G“ (vierte Generation) LTE-Advanced (LTE+) und „5G“, der fünften Generation.

Einführung

NGMN basiert auf den bisherigen UMTS-Infrastrukturen, um so eine rasche und kostengünstige Erweiterung der bestehenden 3G-Mobilfunknetze gewährleisten zu können. Einer der Vorteile gegenüber den bestehenden Netzen mit High Speed Packet Access (HSPA) ist die mit bis zu 100 Mbit/s wesentlich höhere Geschwindigkeit. Weiterhin sollen die verwendeten Endgeräte permanent mit dem Internet verbunden sein können. Dies soll durch eine effizientere Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Frequenzspektrums möglich werden, was ebenfalls eine einfachere Netzwerkarchitektur ermöglichen und zu Latenzzeiten von ungefähr 10 ms führen soll. Die Netzwerkreichweite soll sich nicht verändern.

NGMN basiert wie die Funktechniken WiMAX und Flash-OFDM auf OFDM. Im Unterschied zu den genannten Verfahren werden die Frequenzen bei NGMN jedoch adaptiv vergeben, also dem Nutzer im Abstand von bis zu 0,5 ms jeweils die Netzwerkressourcen zugewiesen, die dieser benötigt. Dadurch wird ein besseres Verzögerungsverhalten ermöglicht als in anderen OFDM-Systemen.

Seit Anfang 2005 läuft die Standardisierung von NGMN durch das Standardisierungsgremium Third Generation Partnership Project (3GPP).

LTE und 4G „Fourth Generation“

4G beschreibt die Nachfolgegeneration des Mobilfunkstandards 3G mit deutlich höheren Datenraten. Das Projekt von Mobilfunkausrüstern und Mobilfunkbetreibern ist unter dem Namen LTE-Advanced (4G) bekannt.

Umrüstung

Mobilfunknetze bestehen aus Funkzellen, den sogenannten Zellen, aus denen die Verbindungen aufgebaut werden. Wird ein Mobiltelefon oder ein anderes Gerät, wie zum Beispiel ein Laptop mit UMTS-Karte, eingeschaltet, so loggt sich dieses Gerät aufgrund der auf der SIM-Karte gespeicherten Daten über die Netzdatenbank in das Mobilfunknetz ein. Das Gerät loggt sich zunächst an einer lokalen Datenbank ein, die auch mehrere „Waben“ umfassen kann. Ändert sich der Standort des Gerätes, so bemerkt dies die Software des mobilen Kommunikationsgerätes und loggt sich automatisch an der nächsten lokalen Vermittlungsstelle ein. Das Signalaufbauschema änderte sich in seinem groben Aufbau auch nicht, als die Netze um die zur „Third Generation“ zählende UMTS-Technologie erweitert wurden, das Grundschema kann beibehalten werden. Der Vorteil dieser Vorgehensweise: Es kann die bereits vorhandene Infrastruktur verwendet werden, die lediglich um die benötigten technischen Komponenten erweitert werden muss. Das heißt also, dass man – vereinfacht gesprochen – einfach die 4G-Komponenten an die bereits vorhandenen Funkmasten installiert.

Eigenschaften: LTE

• 100 Mbit/s ¹ Empfangs-Datenrate (engl. "download")
• Bis zu 1 Gbit/s ¹, wenn der Nutzer sich an einem fixen Standort zur nächsten Station (in der Regel ein Funkturm) befindet
• Kompatibilität zu bereits vorhandenen Netzwerken (4G-Geräte können auch mit älterer Technik arbeiten, wie z. B. GSM, UMTS etc.)
• 50 Mbit/s ¹ Sende-Datenrate (engl. "upload")
• 20 MHz benötigte Frequenzbandbreite
• Latenzzeiten von ≈ 10 ms
• Qualitativ hochwertige Dienstleistungen wie Echtzeit-Audio, Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung, HDTV-Videoinhalte, mobiles Fernsehen, etc.
• Höhere Spektrumeffizienz (geringere Kosten pro Datenvolumen)
• Modulation: OFDMA, downlink: QPSK/16QAM/64QAM, uplink: BPSK/QPSK/16QAM

 

unter optimalen Bedingungen

2015 war es bereits möglich, sogenannte Pre-4G-Verfahren zu nutzen. So wird z. B. UMTS Release8 als eine Vorstufe des kommenden 4G-Standards bezeichnet. Hierbei handelt es sich um eine Weiterentwicklung des bereits vorhandenen UMTS-Netzes einschließlich der Release5-HSDPA- und Release6-HSUPA-Erweiterungen. Release8 zielt darauf ab, Kosten zu senken, eine höhere Erreichbarkeit und Sicherheit zu gewährleisten und die Geschwindigkeit im Netz zu erhöhen.

5G „Fifth Generation“

Es wird am Nachfolger 5G gearbeitet. Internationale Netzbetreiber und Infrastrukturanbieter diskutieren technische Anforderungen und Anwendungsfälle.

Eigenschaften

Der 5G-Standard ist final abgeschlossen und freigegeben. Im Vergleich zum 4G-Standard wird bei der 5G-Technik mit den folgenden Eigenschaften gerechnet:

• Datenraten bis zu 20 Gbit/s
• Nutzung höherer Frequenzbereiche
• Erhöhte Frequenzkapazität und Datendurchsatz
• Echtzeitübertragung, weltweit 100 Milliarden Mobilfunkgeräte gleichzeitig ansprechbar
• Latenzzeiten von unter 1 ms
• Kompatibilität von Maschinen und Geräten
• Senkung des Energieverbrauchs je übertragenem Bit (1/1000) und 90 % geringerer Stromverbrauch je Mobildienst

5G soll hierzu auf dem bestehenden 4G aufbauen. LTE und LTE Advanced werden demnach also weiterhin bis zu Frequenzen im 6-GHz-Bereich ausgebaut, die Neuerungen sollen dann jenseits dieser Grenze erfolgen. Wichtig ist, dass die „Waben“ (Funkzellen), parallel zur „Gerät-zu-Gerät“-Kommunikation, noch wesentlich engmaschiger ausgebaut werden, um Verbindungen nicht abreißen zu lassen und Latenzzeiten zu senken.

Ausblick

Der Chiphersteller Qualcomm kündigte für das zweite Halbjahr 2017 das erste Modem mit 5 Gbit/s im Downstream für die 5G-Technologie an.

Auf dem GSMA Mobile World Congress stellte der chinesische Telekommunikationsausrüster ZTE am 26. Februar 2017 weltweit das erste Smartphone vor, das den Standard Pre5G Giga+ MBB für eine Datenübertragung von bis zu 1 Gbit/s unterstützt.

Im Smartphone-Bereich kündigt der Computer und Smartphone-Hersteller Lenovo an eine Führungsrolle bei der Einführung des neuen 5G-Standards anzupeilen.

Schweiz

In der Schweiz lässt derzeit die «Verordnung über den Schutz vor nichtionisierender Strahlung» (NISV) den Betrieb von 5G-Antennen nicht zu. Der Ständerat stellte sich am 5. März 2018 erneut gegen die Erhöhung der bestehenden Grenzwerte.

Literatur

• N. Döring, C. Dietmar: Medienproduktion für die Mobilkommunikation. In: Handbuch Medienproduktion. VS Verlag für Sozialwissenschaften, 2004.
  Vgl. J. Schiller (2003): Mobilkommunikation. München: Pearson Studium, 15-18.
• N. Döring, C. Dietma: Medienproduktion für die Mobilkommunikation. In: Handbuch Medienproduktion. VS Verlag für Sozialwissenschaften,2004 S. 14–15.
• Goran, Galunic: 4. Generation Mobilfunk. Seminararbeit, Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg, 2004.
• Paul Klimsa, Heidi Krömker: Mobilkommunikation. In: Heidi Krömker, Paul Klimsa (Hrsg.): Handbuch Medienproduktion. VS Verlag für Sozialwissenschaften, 2005.
• 4G (fourth generation). In: ITWissen.info. Datacom Buchverlag GmbH: o. V. 19. November 2007, abgerufen am 27. Juni 2010.
• Kernnetz. In: ITWissen.info. Datacom Buchverlag GmbH: o. V. 19. November 2007, abgerufen am 27. Juni 2010.
• long term evolution. In: ITWissen.info. Datacom Buchverlag GmbH: o. V. 19. November 2007, abgerufen am 27. Juni 2010.
• NGMN. In: ITWissen.info. Datacom Buchverlag GmbH: o. V. 19. November 2007, abgerufen am 27. Juni 2010.
• Erste kommerzielle Testphase für 4G-Mobilfunk gestartet. In: Golem.de, 13. Dezember 2007.
• Joachim Weiß u. a.: Mobilfunk. In: Die Zeit – Das Lexikon. Zeitverlag, Hamburg 2005.

Weblinks

• http://www.ngmn.org/
• http://www.ngmn.de/
• LTE Konferenz 2011