WARUM BRAUCHEN WIR 5G?

Der Großteil des Anstiegs der mobilen Datennutzung ist auf Video-Streaming zurückzuführen.
Jeder Benutzer verfügt über eine zunehmende Anzahl von Verbindungen, da er zahlreiche Geräte verwendet.
Durch das Internet der Dinge müssen Netzwerke Milliarden weiterer Geräte unterstützen.

Sowohl mobile Geräte als auch Netzwerke müssen aufgrund der steigenden Anzahl mobiler Geräte und des zunehmenden Datenverkehrs energieeffizienter werden.
Da sich die Verbraucher an Flatrate-Tarife gewöhnt haben und nicht mehr bezahlen wollen, stehen die Netzbetreiber unter dem Druck, die laufenden Kosten zu senken.
Die mobile Kommunikationstechnologie kann neue Anwendungsfälle, neue Anwendungen und neue Einnahmequellen für die Branche eröffnen (z. B. für Fälle mit extrem geringer Latenz oder hoher Zuverlässigkeit).

Daher sollte 5G sowohl ein verbessertes Benutzererlebnis als auch eine deutlich verbesserte Betriebsleistung (z. B. höhere spektrale Effizienz, höhere Datenraten und geringe Latenz) bieten (nahe am Festnetz, aber mit voller Mobilität und Abdeckung). Unter Beibehaltung akzeptabler Niveaus des Energieverbrauchs, der Ausrüstungskosten sowie der Netzwerkimplementierungs- und -betriebskosten muss 5G die flächendeckende Einführung des Internets der Dinge unterstützen. Es muss in der Lage sein, ein breites Spektrum an Diensten und Anwendungen zu unterstützen.

Laut ITU-R M.2083 werden die folgenden wichtigen Fähigkeiten von IMT-Advanced (4. Generation) und IMT-2020 (5. Generation) verglichen:

Für wen ist die Nutzung von 5G interessant?
Netzbetreiber haben durch 5G die Möglichkeit, neuen Nutzergruppen neue Dienste anzubieten.

WOHER KOMMT DER 5G-STANDARD?
Um die nächste Generation mobiler Kommunikationsnetze für 2020 und darüber hinaus zu definieren, hat ITU-R ein Projekt namens IMT-2020 mit folgendem Zeitplan ins Leben gerufen:

Siehe auch den IMT-2020-Zeitplan und -Prozess.

Auf der TSG #67 im März 2015 formulierte 3GPP mit SP-150149 einen 3GPP-Zeitplan für den Beitrag zur 5. Generation von Mobilfunknetzen.

Im Zusammenhang mit RAN #69 veranstaltete 3GPP im September 2015 einen Workshop in Phoenix, USA, um 3GPP über die ITU-R IMT-2020-Pläne zu informieren und die Visionen und Prioritäten der beteiligten Unternehmen in Bezug auf die Funktechnologie(n) der nächsten Generation auszutauschen.
In der Zusammenfassung des Lehrstuhls (RWS-150073) wurden drei nächste Schritte formuliert:

Vorbereitung der Kanalmodellierung für hohe Frequenzen
eine Studie zur Entwicklung von Szenarien und Anforderungen für die Funktechnologie der nächsten Generation
eine Studie für RAN-Arbeitsgruppen zur Bewertung von Technologielösungen für die Funktechnologie der nächsten Generation
Bei RAN #69 im September 15 startete 3GPP einen Rel-14-Studienpunkt (FS_6GHz_CH_model, RP-160210) „Studie zum Kanalmodell für Frequenzspektrum über 6 GHz“. Diese Studie wurde im Juni 2016 bei RAN #72 mit dem 3GPP TR 38.900 abgeschlossen.

Anmerkung 1: LTE-Advanced aggregierte bisher Spektren von bis zu 100 MHz und arbeitete bisher in Bändern unter 6 GHz. Diese Studie betrachtet den Frequenzbereich 6–100 GHz und Bandbreiten unter 2 GHz.

Anmerkung 2: Der gesamte Inhalt dieser TR wurde später in die 3GPP TR 38.901 „Studie zum Kanalmodell für Frequenzen von 0,5 bis 100 GHz“ übertragen, die den gesamten Frequenzbereich abdeckt.

Bei RAN #70 im Dezember 2015 startete 3GPP bereits einen Rel-14-Studienpunkt (FS_NG_SReq, RP-160811) „Studie zu Szenarien und Anforderungen für Zugangstechnologien der nächsten Generation“ mit dem Ziel, die typischen Einsatzszenarien (verbunden mit Attributen wie Trägerfrequenz, Entfernung zwischen Standorten, Benutzerdichte, maximale Mobilitätsgeschwindigkeit usw.) zu identifizieren und spezifische Anforderungen für sie für die Zugangstechnologien der nächsten Generation zu entwickeln (nehmen berücksichtigen, was für IMT-2020 erforderlich ist).
2016 mit dem 3GPP TR 38.913, der Szenarien, wichtige Leistungsanforderungen sowie Anforderungen an Architektur, Migration, Zusatzdienste, Betrieb und Tests beschreibt.

Im März 2016 forderte die ITU-R in einem Rundschreiben Kandidaten für Funkschnittstellentechnologien für IMT-2020 auf. Die Gesamtziele von IMT-2020 wurden über ITU-R M.2083 festgelegt und die Anforderungen wurden in ITU-R M.2410 bereitgestellt, wie zum Beispiel:

Die Mindestanforderungen sind:

Für Spitzendatenrate: Downlink: 20 Gbit/s, Uplink: 10 Gbit/s
für höchste spektrale Effizienz: Downlink: 30 Bit/s/Hz, Uplink: 15 Bit/s/Hz
Latenz auf Benutzerebene (einzelner Benutzer, kleine Pakete): 4 ms für eMBB, 1 ms für URLLC
Latenz der Steuerebene (Leerlauf => aktiv): 10–20 ms
Weitere Anforderungen:

Maximale aggregierte Systembandbreite: mindestens 100 MHz, bis zu 1 GHz in höheren Frequenzbändern (über 6 GHz)
Mobilität: bis zu 500 km/h im ländlichen eMBB
Bei RAN #71 im März 2016 startete 3GPP einen Rel-14-Studienpunkt (FS_NR_newRAT, RP-170379) „Studie zur neuen Radio (NR)-Zugangstechnologie“ mit dem Ziel, die Technologiekomponenten zu identifizieren und zu entwickeln, um die breite Palette von Anwendungsfällen (einschließlich erweiterter mobiler Breitbandverbindung, massivem MTC, kritischem MTC) und die in 3GPP TR 38.913 definierten zusätzlichen Anforderungen zu erfüllen. Diese Studie wurde am RAN #75 am 17. März mit dem Rel-14 3GPP TR 38.912 abgeschlossen, einer Sammlung von Funktionen für neue Funkzugangstechnologien sowie Studien zu ihrer Machbarkeit und ihren Fähigkeiten.

Hinweis: In diesem Studienelement waren auch einige interne 3GPP-TRs für die RAN-Arbeitsgruppe (WG) enthalten: 38.802 (RAN1), 38.804 (RAN4), 38.801 (RAN3), 38.803 (RAN4).

Bei RAN #75 am 17. März startete 3GPP ein Rel-15-Arbeitselement (NR_newRAT, RP-181726) zum Thema „Neue Funkzugangstechnologie“. Im Laufe der Zeit wurde dieses WI in drei Phasen aufgeteilt, um den unterschiedlichen Anforderungen der Netzbetreiber gerecht zu werden:

„früher Rel-15-Drop“: Fokus auf Architekturoption 3, auch nicht eigenständiges NR (NSA NR) genannt, die als erster Migrationsschritt des Hinzufügens von NR-Basisstationen (genannt gNB) zu einem LTE-Advanced-System aus LTE-Basisstationen (eNB) und einem entwickelten Paketkernnetzwerk (EPC) betrachtet werden könnte, d. h. bei dieser Option ist kein 5G-Kernnetzwerk (5GC) beteiligt; Funktionelles Einfrieren: 17. Dezember, ASN.1-Einfrieren am 18. März
„reguläres Rel-15-Einfrieren“: Fokus auf die eigenständige NR-Architektur Option 2, die ein Netzwerk von NR-Basisstationen (gNB) wäre, die ohne jegliche LTE-Beteiligung mit dem 5G-Kernnetz (5GC) verbunden wären; 1 Frost im 18. September;
Hinweis: Ursprünglich wurde davon ausgegangen, dass auch alle anderen Architekturoptionen in dieser regulären Einfrierphase abgeschlossen sind. Aufgrund des äußerst anspruchsvollen Zeitplans wurde in dieser Phase jedoch neben Option 2 auch nur die Architekturoption 5 (eine LTE-Basisstation kann an einen 5GC angeschlossen werden) fertiggestellt.

„später Rel-15-Drop“: Architekturoption 4 (das wäre wie das Hinzufügen einer LTE-Basisstation zu einem SA-NR-Netzwerk, wo die Kontrollebene über die NR-Basisstation gehandhabt wird) und Architekturoption 7 (das wäre wie das Hinzufügen einer LTE-Basisstation zu einem SA-NR-Netzwerk, wo die Kontrollebene über die LTE-Basisstation gehandhabt wird) plus NR-NR Dual Connectivity; Funktionsstopp: 18. Dez.; ASN.1 friert am 19. März ein;
Notiz

1: Abbildungen der verschiedenen Architekturoptionen finden sich in 3GPP TR 38.801 (mit dem Vorbehalt, dass die Terminologie in dieser Studienphase noch nicht stabil war).

Anmerkung 2: Rel-15 unterscheidet zwei Frequenzbereiche: FR1: 450 MHz – 6000 MHz und FR2: 24250 MHz – 52600 MHz; Während LTE nur in FR1 betrieben wird, kann NR in FR1 und FR2 betrieben werden. Aus diesem Grund wird FR1 für NSA NR und FR2 für SA NR berücksichtigt.

Da LTE-Advanced Teile der IMT-2020-Anforderungen für bestimmte Anwendungsfälle erfüllen kann, gibt es für den 3GPP-Eingang (genannt „5G“) für IMT-2020 zwei Einreichungen:

SRIT (Satz von Funkschnittstellentechnologien): Komponente RIT NR + Komponente RIT E-UTRA/LTE (einschließlich eigenständigem LTE, NB-IoT, eMTC und LTE-NR Dual Connectivity)
RIT (Radio Interface Technology) NR
Hinweis: Die Begriffe RIT und SRIT werden in RP-171584 besprochen und erklärt.

Wann war der 5G-Standard bereit?
Die Aufteilung von Rel-15 in mehrere Tropfen erwies sich als sehr herausfordernd, z

NSA NR hatte im September 18 immer noch nicht abwärtskompatible Änderungsanfragen
Das Einfügen von ASN.1 in eine bereits eingefrorene Spezifikation erfordert Änderungsanforderungen von sehr hoher Qualität, was unter hohem Zeitdruck schwierig ist
Arbeitsgruppen, die eine stabile Vorarbeit von anderen Arbeitsgruppen benötigen (wie RAN4 für RF/RRM und RAN5 für Tests), arbeiten auf instabilen Grundlagen und haben noch mehr Schwierigkeiten, den Zeitplan einzuhalten
Dennoch hat 3GPP rechtzeitig zum unten aufgeführten IMT-2020-Zeitplan beigetragen:

im Januar 2018 über PCG40_11 mit ersten Merkmalen des NR RIT und NR+LTE SRIT
im Sept./Okt.2018 über PCG41_08 mit den Merkmalen des NR RIT und NR+LTE SRIT, den vorläufigen Selbstbewertungs- und Linkbudgetergebnissen und den Compliance-Vorlagen
im Juni 2019 über PCG43_07 mit den 3GPP 5G-Kandidateneinreichungen von NR RIT und NR+LTE SRIT, einschließlich Merkmalen, Compliance- und Link-Budgetvorlagen und der 3GPP-Selbstbewertung TR 37.910 (diese Einreichung enthält weitere Rel-16-Verbesserungen der IMT-Schritte 3) für den -2020-Prozess
Hinweis: Die Merkmalsvorlagen geben einen guten Überblick über die betrachtete Technologie.
im Juni 2020 die endgültigen Übersichten der 3GPP-Spezifikationen über PCG45_07 für NR+LTE SRIT und PCG45_08 für NR RIT und im Juli 2020 die endgültigen Spezifikationssätze von 2020-06 (Release 15 & 16) für die Umsetzung der 3GPP OPs