Ein klarer Weg für die Kompatibilität von mm-Wellen- und 5G-Technologie
So beeindruckend sie auch sein mögen, die 4G-Netze unserer Smartphones können es mit der Standardisierung von UHD-Videos oder der VR kaum aufnehmen. Der Umgang mit dieser Anforderung und der damit verbundene große Verkehrsanstieg würde Datenraten erforderlich machen, welche die Datenraten von 4G-Netzen um das zehnfache überstiegen und die Bandbreiten von bis zu 100 MHz auf mehrere GHz erhöhen. Könnte die mobile Funkzugangstechnik (Radio Access Technology, RAT) der Schlüssel für die erfolgreiche Implementierung von mm-Wellen sein? Noch vor zwei Jahren gab es viele Zweifel und Unsicherheiten im Zusammenhang mit mm-Wellenbereichen. Fragen in Bezug auf Frequenz, Kanaleigenschaften, Luftschnittstelle und Integrierbarkeit mit 5G-Netzen oder Hardware-Störungen in höheren Bereichen blieben offen. Im Rahmen des Projekts MMMAGIC schlossen sich große europäische Infrastruktur- und Ausrüstungshersteller, Forschungseinrichtungen und Universitäten sowie ein KMU zusammen, um diese Zweifel auszuräumen. In der Überzeugung, dass mobile Netze, die in mm-Wellenbereichen betrieben werden, als Standalone-Netzwerk (single-RAT) und als multi-RAT-Implementierungen (Betrieb nicht als mobile Standalone-RAT-Funkzugangstechnik für mm-Wellen) funktionieren sollten, wurde eine mm-Wellen-Funkschnittstelle entwickelt, um diese spezifischen Herausforderungen der mm-Wellen-Kommunikation zu adressieren und eine Kapazität, einen Durchsatz, eine Latenz und eine Energieeffizienz zu erreichen, die für 5G-Services erforderlich ist. „Wir untersuchten unter Berücksichtigung einer Reihe von spezifischen Herausforderungen gründlich jede mm-Wellen-Funkschnittstellenkomponente – Wellenform, Kanalcode, Rückübertragung, Modulation, Numerologie, Frame-Struktur, multipler Zugang, Duplexbetrieb, erstmaliger Zugang und gemeinsame Nutzung des Frequenzspektrums – und integrierten diese in ein umfassendes MMMAGIC-Funkschnittstellendesign“, erklärt Dr. Yue Wang, Koordinator des Projekts und Principal 5G Researcher bei Samsung Electronics. Im Zuge des Projekts wurde die Funkschnittstelle auf Verbindungs- und Systemebene geprüft und im Weiteren wurde die Luftschnittstelle mithilfe zweier „Hardware in the Loop“-Demonstrationen validiert und demonstriert. Das Konsortium stellte die Machbarkeit und Praktikalität seiner technischen Lösungen unter Beweis und trug dazu bei, Vertrauen in die weitere Forschung und Entwicklung von 5G-mm-Welle-Systemen aufzubauen. „Alles in Allem lieferte das Konsortium Instrumente für die Designoptimierung von 5G-mm-Welle-Lösungen, Designs und Prototypen für die architektonischen Voraussetzungen von 5G-Systemen sowie starke Beiträge für die Standards und Regulierung durch 3GPP und ITU-R. In den vergangenen beiden Jahren wurden ganze 11 Patente eingereicht“, sagt Dr. Wang. „Was mich wirklich stolz macht, ist, dass wir es geschafft haben, uns mit einer großen 5G-Community aus Forschungs-, Regulierungs- und Standardisierungsstellen zusammenzuschließen und einen echten Beitrag zur Schließung dieser Wissenslücke in diesem wichtigen 5G-Bereich zu leisten. Wir haben die technologische Reife verbessert und die Nutzung von Hochfrequenzbändern für mobile Multimediasysteme der nächsten Generation beeinflusst. Wir beobachten beispielsweise, dass in Europa Anfang 2017 bereits verschiedene Versuche mit 26-28 GHz gestartet worden sind. Bemerkenswerterweise begannen Samsung und Arqiva im UK und in Europa in mm-Wellenbereichen mit 28 GHz mit dem ersten Feldversuch für eine ,Fixed Wireless Access’ (FWA, drahtloser Festnetzzugang)-5G-Technologie“, führt Dr. Wang weiter aus. Das mittlerweile abgeschlossene Projekt MMMAGIC hat die technologische Reife der industriellen Partner zur Bereitstellung neuer mm-Wellenprodukte und -dienste erheblich verbessert. Die ansteigende Anzahl relevanter Projekte stellt dies unter Beweis. Beachtenswerterweise gründeten zwei Projektpartner 5TONIC, das Labor wird Erkenntnisse von MMMAGIC als Input für Tests und Experimente bezüglich der 5G-Wireless- und mm-Wellen-Technologie nutzen. Parallel dazu haben Partneruniversitäten bereits Fördermittel für neue Projekte erhalten: Die Aalto-Universität wird mm-Wellen-Kleinzellen für eine intelligente Stadt implementieren; Die University of Bristol wird sich auf die Verwendung der mm-Wellen-Technologie im Bereich der Kommunikation zwischen Streckenseite und Schienenverkehr und im Bereich der Fahrzeugkommunikation fokussieren; Die TU Dresden entwickelt eine kognitive Funkdemonstration im mm-Wellen-Frequenzbereich; und zu guter Letzt rief die Chalmers ein auf fünf Jahre ausgelegtes Forschungszentrum namens ChaseOn im Bereich der mm-Welle-Technologien ins Leben.
Schlüsselbegriffe
MMMAGIC, 5G, multi-RAT, Funkschnittstelle, mm-Welle, Samsung, Arqiva, 5TONIC, ChaseOn
