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 waren UMTS (3G) und LTE (3,9G). Das Projekt beschäftigt sich mit „4G“ (vierte Generation) LTE-Advanced (LTE+) und 5G, der fünften Generation. 2013 hat die Europäische Kommission zusammen mit der 5G Infrastructure Association eine öffentlich-private Partnerschaft für 5G (5G PPP) gegründet.

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 = 0,75 GB/min 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“

→ Hauptartikel: LTE-Advanced

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 heraus 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/s¹ Empfangs-Datenrate (engl. „downstream“)
• Bis zu 1 Gbit/s¹, 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/s¹ Sende-Datenrate (engl. „upstream“)
• 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, downstream: QPSK/16QAM/64QAM, upstream: BPSK/QPSK/16QAM

¹ unter optimalen Bedingungen

5G „Fifth Generation“

→ Hauptartikel: 5G

Es wird am Nachfolger 5G gearbeitet. Internationale Netzbetreiber und Infrastrukturanbieter diskutieren technische Anforderungen und Anwendungsfälle. Über das Programm Horizont 2020 investiert die Europäische Kommission 700 Mio. EUR in die Forschungs- und Innovationsförderung im Zusammenhang mit 5G. Die 3GPP hat mit Release 15 erste Funktionen von 5G spezifiziert und arbeitet zurzeit an Release 16 in dem weitere für 5G angekündigte Funktionen enthalten sein sollen.

Ende März 2019 wurde in Österreich das erste kommerzielle 5G-Netz Europas für 200 Kunden in 17 Städten und Gemeinden in Echtbetrieb genommen. Südkorea nahm am 3. April 2019 als erstes Land flächendeckend 5G in Betrieb. In den USA wurde am selben Tag 5G in den Städten Chicago und Minneapolis freigeschaltet. In Deutschland findet seit 19. März 2019 eine Versteigerung von Mobilfunklizenzen durch die Bundesnetzagentur statt.

5G soll auf dem bestehenden 4G aufbauen. Wesentliche Neuerungen von 5G werden erst bei der Nutzung von Frequenzen oberhalb von 6 GHz erwartet. Die Funkzellen werden voraussichtlich bei 5G in Städten engmaschiger ausgebaut werden als bei 4G.

Eigenschaften

Der 5G-Standard (Release 15) ist 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

Literatur

• N. Döring, C. Dietmar: Medienproduktion für die Mobilkommunikation. In: Handbuch Medienproduktion. VS Verlag für Sozialwissenschaften, 2004.
  Vgl. J. Schiller: Mobilkommunikation. München 2003: Pearson Studium, S. 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.
• Europäische Kommission: 5G Infrastructure PPP: The next generation of communication networks will be “Made in EU”. (PDF; 466 kB)

Weblinks

• Website der NGMN Ltd.
• Website der 5G PPP
• Bundesnetzagentur: Digitaler Binnenmarkt: Mobilfunknetze: Mobiles Breitband - Frequenzen für 5G
• Carsten Knop (28. September 2018): Die Technik der Zukunft: Alles, was Sie über 5G wissen müssen. In: Frankfurter Allgemeine Zeitung. Ein Artikel, der Antworten auf wichtige Fragen rund um den Mobilfunkstandard 5G wie etwa die größten Fortschritte durch 5G beantwortet. Archiviert vom Original am 16. Oktober 2018. Abgerufen am 16. Oktober 2018.