Mobilfunk

Next Generation Mobile Networks (kurz: NGMN ) ist ein – u. a. mit dem Standard LTE-Advanced  – laufendes Projekt von Mobilfunkfirmen und Mobilfunkausrüstern zur Entwicklung der nächsten Mobilfunkgeneration. Die derzeitig umgesetzte Generation wird auch als „4G“ (vierte Generation) bezeichnet. Es wird jetzt auch schon an einer „5G“ (fünften Generation) gearbeitet.

Einführung

NGMN soll auf den bisherigen UMTS -Infrastrukturen aufsetzen und daher eine rasche und kostengünstige Erweiterung der bestehenden 3G -Mobilfunknetze darstellen. Einer der Vorteile gegenüber den bestehenden Netzen mit High Speed Packet Access (HSPA) ist die mit bis zu 100 Megabit pro Sekunde wesentlich höhere Geschwindigkeit. Weiterhin sollen die verwendeten Endgeräte permanent mit dem Internet verbunden sein können („always on“). 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 Millisekunden 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 Millisekunden 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 ). Kommerziell einsetzbar soll die von dem Projekt vorangetriebene Technik im Jahre 2010 sein. Seit dem Jahr 2011 bieten die ersten Netzbetreiber entsprechende 4G-/LTE-Tarife an, zunächst jedoch nur auf dem Land, wo die so genannten „weißen Flecken“ (DSL-Versorgungslücken) abgedeckt werden müssen. Vodafone und die Deutsche Telekom veröffentlichen seit April 2011 Informationen über die mit LTE versorgten Gebiete in 4G-Netzabdeckungskarten. ^[1]

4G „Fourth Generation“

4G

4G beschreibt die Nachfolgegeneration des aktuellen Mobilfunkstandards 3G mit deutlich höheren Datenraten. Das Projekt von Mobilfunkausrüstern und Mobilfunkbetreibern ist unter dem Namen Long Term Evolution (LTE) 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. Wenn die bestehenden Netze innerhalb der nächsten zehn Jahre, wie der Handyhersteller Nokia vermutet, auf 4G umgerüstet werden, wird auch hier das Grundschema 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.

NGMN soll auf den aktuell vorherrschenden Infrastrukturen der UMTS-Technologie aufsetzen, um so eine rasche und relativ kostengünstige Erweiterung vom 3G-Standard zum 4G-Standard zu erreichen. Einer der größten Vorteile gegenüber den aktuell bestehenden UMTS-Netzen ist die mit bis zu 100 Megabit pro Sekunde deutlich höhere Downloadrate.

Eigenschaften

• 100 MBit/s ¹ Datenrate im 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 älteren Technologien arbeiten, wie z. B. GSM, UMTS etc.)
• 50 MBit/s ¹ im Uplink
• 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/16 QAM /64QAM, uplink: BPSK / QPSK /16QAM

Gegenwärtig (2015) ist es bereits möglich, sogenannte Pre-4G-Technologien 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“

5G

Während die Netzbetreiber in Deutschland derzeit noch die Strukturen für die 4G Technologie umrüsten, wird bereits am Nachfolger 5G gearbeitet. Internationale Netzbetreiber und Infrastrukturanbieter diskutieren technische Anforderungen und Anwendungsfälle. ^[2]

Eigenschaften

Im Vergleich zum 4G Standard, wird bei der 5G Technologie mit den folgenden Eigenschaften gerechnet:

• Datenraten bis zu 10.000 MBit/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

Mit 5G soll die Kommunikation mobiler Endgeräte weiter vorangetrieben und die Konnektivität von Maschinen und Geräten verbessert werden. Durch die direkte Kommunikation zwischen den Geräten (Device to Device) soll eine nie da gewesene Netzstabilität erreicht werden.

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 „Device to Device“ Kommunikation, noch wesentlich engmaschiger ausgebaut werden, um Verbindungen nicht abreißen zu lassen und Latenzzeiten zu senken. ^[3]

Ausblick

Durch die 5G Technologie eröffnen sich für Industrie und Verbraucher neue Möglichkeiten. Da die Entwicklung allerdings noch ganz am Anfang steht, schätzen einige Experten den Start für den Endverbraucher mit dem Jahr 2020 derzeit als noch zu optimistisch ein. Neben den technischen Herausforderungen müssen ebenso finanzielle Aufwendungen geklärt werden. Dennoch gibt sich z.B. die Telekom äußerst optimistisch und geht von einem Start noch vor 2020 aus.

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) . ITWissen.info. Datacom Buchverlag GmbH: o. V. 19. November 2007, abgerufen am 27. Juni 2010.
• Kernnetz . ITWissen.info. Datacom Buchverlag GmbH: o. V. 19. November 2007, abgerufen am 27. Juni 2010.
• long term evolution . ITWissen.info. Datacom Buchverlag GmbH: o. V. 19. November 2007, abgerufen am 27. Juni 2010.
• NGMN . ITWissen.info. Datacom Buchverlag GmbH: o. V. 19. November 2007, abgerufen am 27. Juni 2010.
• Erste kommerzielle Testphase für 4G-Mobilfunk gestartet . Golem.de, 13. Dezember 2007.
• Joachim Weiß u. a.: Mobilfunk. In: Die Zeit – Das Lexikon. Zeitverlag, Hamburg 2005.

• http://www.ngmn.org/
• http://www.ngmn.de/
• http://www.lteforum2011.com LTE Konferenz 2011