Bezüglich der bevorstehenden Einführung von 5G-Netzen gibt es im Markt immer noch eine Menge Diskussionen, um nicht zu sagen Hype. Wie wird das funktionieren? Welche Erwartungen haben wir? Wohin führt uns 5G? Lassen Sie uns im heutigen Post tief in die neue 5G-Welt eintauchen und die Fakten von der Fiktion trennen.

Was ist 5G?

Außer dass es sich um die nächste Generation von mobilen Netzen nach 4G handelt, weiß das niemand mit Sicherheit. 5G wurde bisher noch nicht standardisiert, und bis dahin wird es wahrscheinlich auch noch einige Zeit dauern. Aber wir sind ein äußerst optimistischer Menschenschlag, und daher hegt die Branche hohe Erwartungen, um nicht zu sagen Träume, bezüglich dieser nächsten Generation der Mobilnetz-Infrastruktur.

Es gibt zwei Arten, wie 5G betrachtet werden kann: aus der Service-Sicht oder aus der Netzwerk-Sicht. Lassen Sie uns in diesem Post den zweiten Gesichtspunkt in den Mittelpunkt stellen.

Verschiedene Interessengruppen in der Wireless-Netzwerk-Branche — von Geräteherstellern über Mobilnetzbetreiber (MNOs) bis hin zu Analysten — haben recht unterschiedliche Vorstellungen, was 5G-Mobilnetze betrifft. Im Folgenden sind nur einige der erwarteten Leistungssteigerungen aufgeführt, die für Mobilnetze erwartet werden:

  • Ein bis zu 1000-faches Wachstum der Bandbreite pro Bereich
  • Bis zu 100-mal mehr angeschlossene Geräte
  • Verbindungsraten für mobile Geräte von bis zu 10 Gbit/s
  • Eine wahrgenommene Netzverfügbarkeit von 99,999 %
  • Eine wahrgenommene Netzabdeckung von 100 %
  • Eine maximale End-to-End-Roundtrip-Verzögerung (Latenzzeit) von 1 ms
  • Ein bis zu 90 % geringerer Energieverbrauch der Netze

Wie Sie sehen, bedeutet 5G weit mehr als nur eine Erhöhung der Bandbreite; allerdings ist dies der Faktor, der aufgrund des hohen Interesses an mobilem Video ganz oben auf der Wunschliste der Mobil-Subscriber steht. Manche dieser hohen Erwartungen werden vielleicht gedämpft, wenn Leistung und Kosten in Einklang gebracht werden müssen. Allerdings können wir uns für diese nächste Generation der wichtigen Netzwerk-Infrastruktur zunächst einmal hohe Ziele setzen, nicht wahr? Wir müssen große Träume wagen, wenn wir große Resultate erzielen wollen.

Allerdings ist „groß“ ein ziemlich relativer Begriff, oder?

Wie also funktioniert der Aufbau eines 5G-fähigen Netzwerks?

Wie erreichen wir diese ambitionierten Leistungssteigerungen bei Geschwindigkeit, Latenzzeit und Abdeckung? Durch den Aufbau eines heterogenen Netzes (häufig als HetNet bezeichnet), das sich aus vielen unterschiedlichen Zellentypen zusammensetzt, darunter WiFi-Zellen, Kleinzellen und die altbekannten Macro-Zellen. Durch den intelligenten Einsatz dieser Zellentypen, wann und wo dieser technologisch und finanziell gesehen Sinn macht, entsteht eine hochflexible mobile 5G-Netzarchitektur, die für eine signifikante Verbesserung der Gesamtleistung optimiert ist.

Die Entwicklung hin zu 5G-Netzen wird die gesamte End-to-End-Netzinfrastruktur beeinflussen, von der Virtualisierung des Radio Access Network (RAN) und des Evolved Packet Core (EPC) bis hin zur Aufrüstung der Funk- und Luftschnittstellen und der Segmente, die luft- und bodenbasierte Netze verbinden — dem mobilen Backhaul-Netzwerk (MBH). Die signifikante Verbesserung von Kapazität, Verfügbarkeit und Latenzzeiten, wie sie von 5G erwartet wird, wird letztendlich auf verschiedene Weise MBH-Netze beeinflussen.

 

Wie wird dieser Kapazitätsbedarf adressiert ?

Die zunehmenden Kapazitätsansprüche können durch den Einsatz von Ethernet-Datenraten im Bereich von 1GbE bis 100GbE (und in wenigen Jahren 400GbE) abgedeckt werden, wobei die gewählte Datenübertragungsrate vom prognostizierten Datenverkehr zwischen den einzelnen WiFi-, Klein- und Macrozellen und dem Core-Knoten abhängt, bei dem der Datenverkehr von einer Reihe unterschiedlicher Zellenstandorte aggregiert wird. Dadurch wird sich der Datenverkehr in das Core-Netzwerk beträchtlich erhöhen, bis hin zu den Mammut-Rechenzentren, in denen der Content gehostet wird, auf den zugegriffen wird.

Das Bandbreitenwachstum im Core-Netzwerk wird durch den Einsatz kohärenter DWDM-Datenraten von 100G, 200G und darüber hinaus adressiert; dies ist bereits heute aufgrund der Einführung von 4G der Fall. Kurz gesagt, führt der Anstieg der Access-Geschwindigkeiten zu höheren Datenraten im globalen Netz.

Hochverfügbarkeit kann durch den Einsatz der Schutz- und Redundanzoptionen erzielt werden, die bereits heute in den meisten Serviceprovidernetzen eingesetzt werden. Mithilfe von Netzwerkschutzoptionen, wie beispielsweise G.8032 Ethernet Rings, können Netzbetreiber hochzuverlässige Aggregations- und Core-Netze garantieren.

Redundante Geräte und Stromversorgungen, wie beispielsweise zweifache Netzgeräte und Notstromversorgungen mit Batterien oder Generatoren, stellen auch die Hochverfügbarkeit der Netzwerkknoten selbst sicher. Intelligente Netze ermöglichen das Umgehen von Fehlern und/oder überlasteten Knoten, so dass mobile Benutzer — egal ob Menschen oder Geräte — eine konstante Netzverfügbarkeit sehen, auch wenn manchmal nicht zu vermeidende Probleme aufgetreten sind. Softwaremethoden wie beispielsweise Mikroservices werden zusätzlich dazu beitragen, dass die mobilen 5G-Netze zuverlässiger und besser skalierbar werden.

Können wir mit 5G Latenzzeiten von 1 ms erreichen?

Es wird erwartet, dass die Latenzzeit in 5G-Netzen bis zu fünfmal niedriger sein wird als in 4G-Netzen, wobei ein ehrgeiziges Ziel von 1 ms diskutiert wird. Aufgrund unseres heutigen Wissens ist klar, dass es physikalische Gesetze gibt, die nicht gebrochen werden können; dazu zählt die Lichtgeschwindigkeit. Aufgrund der Eigenschaften des Glasfaserkerns bewegt sich Licht in Lichtwellenleitern um etwa ein Drittel langsamer als in einem Vakuum.

Wireless MBH ist schneller, da es sich um ein luftbasiertes Kommunikationsmedium handelt, die Einschränkungen in Bezug auf Kapazität, Reichweite und Verfügbarkeit sind hier jedoch wesentlich höher. Unabhängig davon hat Wireless Backhaul seinen Platz in den meisten MNO-Netzen, und dies wird auch so bleiben. Es wird keine Entscheidung zwischen optischem und MBH oder Wireless-MBH geben; beide werden in Zukunft ihre Berechtigung haben.

Um die Dinge in der richtigen Perspektive zu sehen: damit ein Mobilservice eine Verzögerung von 1 ms erreicht, muss die Konnektivität innerhalb einer Entfernung von 1 km zum mobilen Benutzer stattfinden; außerdem müssen andere, nicht das Netz betreffende Technologien eingesetzt werden, um diese Latenzzeit zu erreichen. Beim Mobile Edge Computing wird vorgeschlagen, die IT und die zugehörigen Cloud-Computing-Funktionen direkt im RAN selbst zu platzieren. Indem Content, Services, Applikationen und Funktionen so nahe wie möglich beim mobilen Benutzer untergebracht werden, können Latenzzeiten erheblich gesenkt werden.

Allerdings sind enorme Investitionen erforderlich, um die vorhandenen mobilen Netze neu aufzubauen. Daher stellt sich die Frage, ob das Ziel einer Latenzzeit von 1 ms tatsächlich Teil des 5G-Standards sein wird, oder ob es etwas gelockert oder sogar ganz aufgegeben wird. Dies wird die Zukunft zeigen – sicher ist gewiss, dass eine niedrigere Latenzzeit als bei 4G angestrebt werden wird, unabhängig davon, ob der Standard dies fordert oder nicht. Schließlich ermöglichen niedrigere Latenzzeiten neue Services und damit verbunden neue Einnahmequellen, was für die angestrebte Differenzierung der MNOs wesentlich ist.

Was bedeutet dies alles?

Die Zukunft mit 5G wird enorme Veränderungen in Bezug auf die Netzwerkleistung mit sich bringen; auch wird damit eine unglaubliche Vielfalt an neuen Services einhergehen, selbst wenn nach wie vor darüber diskutiert wird, wie das neue 5G-Netzwerk genau aussehen wird. Die meisten innovativen neuen Services, die uns erwarten, existieren bisher noch nicht einmal in der Phantasie!

Werden die wichtigen MBH-Netze in der Lage sein, die angestrebten Leistungsziele zu erbringen, wie auch immer diese aussehen mögen? Ich denke ja, denn ich glaube, dass die beste Methode, ein scheinbar unmögliches Ziel zu erreichen, darin besteht, der Forschungsgemeinschaft zu sagen, dass sie dazu nicht fähig ist, und dann dem Ehrgeiz der Ingenieure zu vertrauen.

Wer hätte vor einigen Jahrzehnten gedacht, dass das gesamte Wissen der Menschheit einmal auf einer Handfläche verfügbar sein würde? In der heutigen Zeit gehen wir nicht mehr zur Bibliothek; die Bibliothek kommt zu uns. Es überrascht nicht, dass sich mit 5G alles ändern wird; zwar ist es noch ein Geheimnis, wie genau das Netz aussehen wird, aber es ist kein Geheimnis, dass Ingenieure sich der Herausforderung stellen werden, um 5G Realität werden zu lassen.

Literatur: Understanding 5G - Perspectives on Future Technological Advancements in Mobile, Dezember 2014 (GSMA Intelligence)