5G dank neuartiger Luftschnittstelle wandelbar wie ein Chamäleon
Die Welt des All-Connect steht uns bevor. Dann werden Uhren, Kühlschränke, Öfen, Autos, Sensoren und alle Arten von Geräten von der Verbindung zum Internet und untereinander profitieren. Dieses Vorhaben könnte jedoch leicht zum echten Problem werden: „Verschiedene Geräte und Anwendungsfälle stellen ganz unterschiedliche Anforderungen an das System“, erklärt Dr. Frank Schaich, Forschungsingenieur bei Nokia Bell Labs und Koordinator des FANTASTIC-5G-Projekts. „Einige erfordern ultrakurze Reaktionszeiten, einige brauchen extrem hohe Datenraten und andere müssen extrem stromsparend bedient werden, um eine sehr lange Batterielebensdauer zu gewährleisten.“ In diesem Sinne müssen 5G-Netzwerke intelligent sein, was bedeutet, das adaptive Funktionen und Konfigurationen in Spezifikationen des Netzwerks zu implementiert werden. Und das muss ab den frühesten Phasen der Entwicklung erfolgen. Wird diese Voraussetzung nicht erfüllt, bleiben einige Geräte und Anwendungsfälle unweigerlich zurück. Das Konsortium von FANSTASTIC-5G wollte um jeden Preis ein derartiges Szenario vermeiden: Im Gegensatz zum LTE-Standard, der auf einem zellzentrierten Design beruhte und dem es an Flexibilität mangelte, musste der durch FANSTASTIC-5G vorangetriebene Nachfolger nutzerzentriert sein. Das Projektteam startete mit der Auflistung und Analyse der für 5G vorgesehenen Dienstkategorien, bevor die Schlüsseltechnologien ermittelt wurden, die erforderlich sind, um diese effizient zu betreiben. Erst danach fuhr man mit dem Entwurf und gründlichen Tests fort. „Unser Vorschlag beinhaltete die Entwicklung und Erprobung spezieller Technologien und Konfigurationen, damit das System alle vorhersehbaren Anforderungen erfüllen kann. Wir haben wechselseitige Abhängigkeiten analysiert und die notwendigen Mittel identifiziert, um diese wirkungsvoll in das Gesamtsystem aufzunehmen. Das bedeutet, dass unser Produkt, die Multi-Service-Luftschnittstelle (air interface, AI), verschiedene Gerätekategorien und deren zugehörige Anwendungsfälle auf maßgeschneiderte Weise unterstützen kann, ohne eine ineffiziente Ressourcennutzung zu verursachen“, sagt Dr. Schaich. Im Einzelnen ist die Luftschnittstelle dazu in der Lage, die verschiedenen Verbindungen zwischen Gerät und Netzwerk entsprechend den Anforderungen des ersteren ganz automatisch zu konfigurieren, so zum Beispiel die zu verwendende Zugriffsprozedur, die RLC-Zustände zum Lagern usw. Das Projekt schlägt außerdem Managementprozeduren und grundlegende Entwurfsentscheidungen vor, wodurch das System die verschiedenen Anwendungsfälle auf effiziente Weise multiplexen kann. Insgesamt wurden sieben Simulationskampagnen durchgeführt, um die innerhalb des Projekts entwickelte Luftschnittstelle zu bewerten und sicherzustellen, dass sie ein hohes Leistungsvermögen, eine extrem kurze Latenzzeit und hohe Zuverlässigkeit, Unterstützung für kostengünstige und energiesparende Geräte, massiven Zugang, allgegenwärtige Abdeckung und hohe Mobilität und nicht zuletzt die Band-interne Koexistenz der Dienste ermöglicht. Dr. Schaich weist darauf hin, dass die Simulationen sowohl auf Verknüpfungsebene als auch auf Systemebene durchgeführt wurden, um die Vorteile der Luftschnittstelle des Projekts numerisch zu bewerten, und dass einige Technologien sogar in Hardware implementiert wurden. Auch mathematische Werkzeuge seien eingesetzt worden, insbesondere, um theoretische Grenzen zu bewerten, wie er erklärt. Insgesamt resultierte das Projekt in mehr als 80 Veröffentlichungen auf wichtigen IKT-Konferenzen sowie maßgeblichen Beiträgen zur 3GPP-Standardisierung. Es wurden 13 Patente im Zusammenhang mit den verschiedenen Teilen der Schnittstelle wie etwa Wellenformdesign, Überlagerungscodierung und erweiterte Empfänger eingereicht. Ein Folgeprojekt mit der Bezeichnung ONE5G, das die ursprünglichen Teilnehmer von FANTASTIC-5G und weitere Mitglieder vereint, wurde bereits auf den Weg gebracht.
Schlüsselbegriffe
FANTASTIC-5G, 5G, 4G, Internet der Dinge, Luftschnittstelle, ONE5G
