LTE und 5G: Features und Funktionen - 3GPP Releases 16 & 17 (Teil 1) - beam-Verlag
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5G und IoT
3GPP Releases 16 & 17 (Teil 1)
LTE und 5G: Features und Funktionen
langer Akkulaufzeit und relativ
geringem Durchsatz) verbinden.
NB-IoT (Narrowband) und LTE-
MTC-Technologien (Machine-
Type Communication) ergän-
zen sich. Derzeit basiert jedoch
die Mehrheit der zellularen IoT-
Verbindungen immer noch auf
der 3G-Technologie. Diese wird
ein wesentlicher Teil bis 2025
bleiben, wobei NB-IoT- und
LTE-MTC-Geräte dann mehr
als 40% aller zellularen IoT-Ver-
bindungen ausmachen werden.
Breitband-IoT zeichnet sich
durch Weitbereichsverkehr aus
sowie durch Anwendungsfälle,
die einen höheren Durchsatz,
eine geringere Latenz und ein
größeres Datenvolumen erfor-
dern. Es wird schnell wachsen,
wobei 4G/LTE den größten Teil
davon ausmachen werden. Cri-
tical-IoT mit extrem niedrigen
Anforderungen an die Latenz
Die kommerzielle Die drahtlose Industrie wandelt gen; Ende 2025 werden 3 Mrd. und ultrahoher Zuverlässigkeit
Bereitstellung der sich mithilfe von Technologie- erwartet. trägt nur einen kleinen Teil zu
Enablern wie Cloud-Native,
5G-Technologie Der erste 5G-Smartphones wur- den gesamten zellularen IoT-
Software Defined Radio, Netz-
den im Dezember 2018 in Süd- Verbindungen bei, auch im
befinden sich in der werkfunktions-Virtualität und
korea eingeführt und markierten Jahr 2025.
Anfangsphase der Multi-Access Edge Computing
den Beginn der ersten Geräte-
(MEC). Es entstehen Mega-
Entwicklung, während welle. Aktuell sind etwa 100 Erweiterung um neue
Netzwerke von Milliarden ver-
5G-Gerätemodelle am Markt, Anwendungsfälle
die 5G-Architektur netzter Dinge und Menschen.
die verschiedene Kombinationen
von heute und morgen Diese Änderungen werden durch
von High-, Mid- oder Lowband- Neue Anwendungsfälle sollen
die Long-Term-Evolution- und
bereits standardisiert 5G-Spezifikationen ermöglicht
Spektren verwenden. Leistungs- eine Hauptkomponente nicht
ist. Der zweiteilige optimierte 5G-Geräte sollten nur bei der Entwicklung des
auf Basis des Third Generation
noch 2021 verfügbar sein. Die drahtlosen Zugangs, aber auch
Beitrag skizziert Partnership Project. Das 3GPP
Aufmachergrafik skizziert eine der Entwicklung von LTE und
vereint sieben Telekommunikati-
die kurzfristigere onsstandard-Entwicklungsorga-
Prognose der LTE- und 5G-Ver- 5G NR (New Radio) sein. Dies
Entwicklung für LTE bindungen von 2020 bis 2024. schließt massive MTC-Anwen-
nisationen (ARIB, ATIS, CCSA,
dungsfälle ein, gekennzeichnet
und 5G sowie eine ETSI, TSDSI, TTA, TTC) als Insgesamt wächst die Bereit-
durch sehr niedrige Geräteko-
mögliche 6G-Ära im „organisatorische Partner“. stellung von 5G-Netzwerken
sten und eine sehr lange Bat-
viel schneller als jede andere
kommenden Jahrzehnt. terielebensdauer bei möglichst
Zum Fortschritt der frühere Generation. Bis Ende
großflächiger Abdeckung. Hier
2020 wurden über 150 kommer-
3GPP-Funktionen profitieren etwa die industrielle
zielle 5G-Netze bereitgestellt.
Prozessautomatisierung und
Ende Oktober 2020 gab es welt- Die Verbindungen nehmen eben- Produktion, die Energieversor-
Quelle: weit 9,4 Mrd. Mobilfunkverbin- falls zu. Derzeit gibt es ungefähr gung und intelligente Verkehrs-
White Paper dungen, davon 61% LTE. Diese 1,5 Mrd. zellulare IoT-Verbin- systeme. Verlangt werden eine
3GPP Releases 16 & 17 & LTE-Verbindungen übertreffen dungen. Massives IoT besteht sehr hohe Kommunikationszu-
Beyond früher HSPA- und GSM-Tech- hauptsächlich aus weiträu- verlässigkeit und die Möglich-
5G Americas, January 2021 nologien bei weitem. Die Anzahl migen Anwendungsfällen, die keit einer sehr geringen Latenz.
der besehenden 5G-Netzwerk- eine große Anzahl von Anwen- Die Standardisierungsgemein-
übersetzt und stark gekürzt verbindungen liegt bei 230 Mio. dungen mit geringer Komplexi- schaften sprechen von URLLC
von FS und soll schnell auf 1 Mrd. stei- tät (kostengünstige Geräte mit (Low Latency Communication).
30 hf-praxis 6/2021
5G und IoT
Bild 1: 3GPP Timeline für Release 15, 16 und 17
3GPP Timeline • NR als Vorschlag für Radio (TDD), gepaart und ungepaart enz für NB-IoT-Übertragungen
Interface Technology (RIT) möglich und reduzierter Energiever-
3GPP verwendet ein System für IMT-2020
paralleler „Releases“, die Ent- • OFDM-Übertragung (konven- brauch für NB-IoT-Geräte durch
wicklern eine stabile Plattform • NR und E-UTRA/LTE gemein- tionell für Downlink, DFT-vor- „Wecksignalisierung“ gehören
codiert für Uplink) hier ebenso zu den Spielarten wie
für die Implementierung von sam als Zweikomponenten-
Multi-Transport-Block-Schedu-
Funktionen an einem bestimmten RITs eines Funkschnittstel- • Unterstützung für räumliche ling in Downlink- und Uplink-
Punkt und dann das Hinzufü- len-Sets (E-UTRA = evol- Abwärtsverbindungen Übertragung. Verbesserungen
gen neuer Funktionen in nach- ved UMTS Terrestrial Radio
folgende Releases ermöglicht. Access, Luftschnittstelle für • Unterstützung für geringere zielen auf Netzwerk-Manage-
Funkzugangslatenz ment, Mobilität und darauf, dass
Bild 1 zeigt die Zeitleiste für LTE)
der NB-IoT- und der NR-Betrieb
die jüngste und nahe Zukunft Die von 3GPP durchgeführte Diese dann folgende Entwick- nebeneinander existieren kön-
der 3GPP-Versionen. Selbstbewertung ergab, dass lung beinhaltet: nen. Ebenfalls enthalten waren
Release 15, das im Juni 2018 sowohl das NR-basierte RIT • U nterstützung für Carrier Funktionen im Zusammenhang
fertiggestellt wurde, enthielt als auch das LTE/NR-basierte Aggregation (CA) mit der Aktivierung von NB-IoT-
zusammen mit der ersten Version SRIT (Set of RITs) alle IMT- Geräten zur Verbindung mit dem
• Unterstützung für den Betrieb
der 5G-NR-Technologie eine 2020-Anforderungen für die drei 5G-Kernnetzwerk (5G Core).
im nichtlizenzierten Spektrum
Reihe neuer Funktionen als Teil definierten Verwendungsszena- (Licensed Assisted Access,
der LTE-Entwicklung. Release rien eMBB, mMTC und URLLC LAA) 3. Mehr Downlink-MIMO-Effizienz
16 enthielt mehrere wichtige und für alle definierten Testum-
Verbesserungen und Erweite- gebungen erfüllt. • verbesserte Unterstützung für
Eine der wichtigsten Aktivie-
rungen von NR als Teil des ersten Eine Radio Access Technology massive Maschinenkommuni-
rungsfunktionen von LTE-
Schritts in der NR-Entwicklung (RAT) ist die zugrundeliegende kation mittels LTE MTC und
Advanced, um IMT-Advan-
zusammen mit zusätzlichem physikalische Verbindungsme- NB-IoT ced-Downlink-Leistungsan-
LTE-Erweiterungen und Verbes- thode für ein funkbasiertes Kom- • Direktes Verbinden Gerät-zu- forderungen zu erfüllen, ist
serungen. Die Spezifikationen munikationsnetz. Viele moderne Gerät (D2D) Mehrbenutzer-MIMO, bei dem
für die physikalische Schicht in Mobiltelefone unterstützen ein Sender mehrere Benutzer
Release 16 wurden im Dezember mehrere RATs in einem Gerät 3GPP Release 16 enthielt meh- gleichzeitig auf derselben Fre-
2019 fertiggestellt und werden wie Bluetooth, WiFi und GSM, rere LTE-bezogene Funktionen, quenzressource bedient. Die
hier ansatzweise beschrieben. UMTS, LTE oder 5G NR. Die die in sechs Bereichen entwi- Mittel dazu sind Enhanced
Release 17 ist die gegenwär- aktuellen Bereiche von 3GPP ckelt wurden: Beam Forming/Full-Dimen-
tige Hauptaktivität von 3GPP; sind jedoch LTE und 5G NR. 1. Verbesserungen für LTE-MTC, sion-MIMO (EB/FD-MIMO)
der Inhalt wird hier ebenfalls manchmal auch als eMTC bezeichnet nach 3GPP Release 13 und 14,
skizziert. wo LTE bereits inklusive Unter-
LTE in Release 16 Weitbereichserweiterung mit stützung für effizientes massives
Ab dem Jahr 2000 entsprach
LTE basiert auf GSM/EDGE- geringem Stromverbrauch, MIMO dargestellt wird. Um
der drahtlose 3G-Zugang IMT-
und UMTS/HSPA-Technolo- unterstützt IoT durch gerin- jedoch das volle Potenzial von
2000 (International Mobile Tele-
gien. Die LTE-Funkzugangs- gere Gerätekomplexität und LTE EB/FD-MIMO auszuschöp-
communications, dem globalen
technologie wurde von der 3GPP bietet erweiterte Abdeckung, fen, wurden zusätzliche Ver-
Standard für 3G für innovative
im November 2004 initiiert und wird zusammen mit NB-IoT die besserungen eingeführt. Hierzu
Anwendungen und Dienste (z.B.
die ersten LTE-Spezifikationen Grundlage für zellulares massive gehören verbesserte Kapazi-
Multimedia-Unterhaltung, Info-
wurden im Dezember 2007 fer- MTC auch in der 5G-Ära sein tät und Abdeckung von SRS-
tainment und standortbezogene
tiggestellt mit folgenden Merk- Übertragung (Sounding Refe-
Dienste), während 4G Wireless 2. Verbesserungen für NB-IoT
malen: rence Signal), Einführung des
Access IMT-Advanced ent-
NB-IoT ist als LTE-basiert ein- Konzepts der virtuellen Zellen-
spricht. • Unterstützung von Bandbrei-
geführt Funkzugangstechnolo- ID für SRS und damit Zulassen
ten bis zu 20 MHz
Die gesamte 3GPP-IMT-2020- gie wie LTE-MTC ein ständig verschiedener UEs (User Equip-
Einreichung bestand aus zwei • Unterstützung für Frequenz- wichtiges Werkzeug für massive ment) innerhalb derselben phy-
unabhängigen Einreichungen: duplex (FDD) und Zeitduplex MTC. Erhöhte spektrale Effizi- sischen Zelle.
hf-praxis 6/2021 31
5G und IoT
Tabelle 1: Main Features von NR Release 16
4. Mobilitätsverbesserungen für bestehende und kommende Bit von 1000 Bit für Cat-M1 Unterstützung von reduzierten
3GPP-Mobilfunknetze, die ent- LTE-MTC UE). Weiter geht es Gerätefähigkeiten für bestimmte
Im Rahmen von 3GPP Release wickelt werden, um eine effizi- um die Unterstützung für eine IoT-Anwendungsfälle. Einige
14 wurde bei LTE die Latenz ver- ente Bereitstellung von Broad- schnellere Wiederherstellung Aspekte seinen näher betrachtet:
ringert durch RACH-freie Über- cast- und Multicast-Dienstlei- der Funkverbindung nach Feh-
gabe (Random Access Chan- • NR über 52,6 GHz hinaus
stungen bereitzustellen, sowohl lern und eine erweiterte Auswahl
nel) und Make-Before-Break- innerhalb einer Zelle als auch von NB-IoT-Trägern. Im Rahmen von 3GPP Release
Übergabelösungen. Jedoch war innerhalb des Kernnetzwerks. 17 wird die Spektrumsunter-
die RACH-freie Übergabe nur Für die Rundumübertragung Separat wird 3GPP eine Stu- stützung bis 71 GHz unter-
unter bestimmten Vorausset- über mehrere Zellen hinweg die über die Möglichkeit und sucht. Diese Erweiterung wird
zungen anwendbar. Daher wur- definiert es die Übertragung über erforderliche Spezifikations- das ursprüngliche 60-GHz-
den in 3GPP Release 16 weitere Einzelfrequenz-Netzwerkkon- Updates zur Unterstützung von Band (57…66 GHz) und eben-
Verbesserung der Mobilität in figurationen. Die Spezifikation NB-IoT und LTE-MTC in nicht- falls die kürzlich identifizierte
E-UTRA-Netzen eingeführt, wird als „entwickelter“ Mul- terrestrischen Netzen durchfüh- 66…71-GHz-Bandbreite umfas-
etwa in Form des Übergabe- timedia-Broadcast-Multicast- ren. Eine mögliche Spezifikation sen.
verfahrens DAPS (Dual Active Dienst (eMBMS) bezeichnet, wäre die Bereitstellung von IoT-
Protocol Stack). DAPS reduziert wenn Übertragungen über ein Konnektivität in sehr abgele- • IAB-Verbesserungen
die Unterbrechung während der LTE-Netzwerk laufen. genen Gebieten. Integrierte Access- und Back-
Übergabe zum Schließen auf haul-Netzwerke (IAB) reduzie-
0 durch Aufrechterhaltung der Weiterentwicklung in ren die Bereitstellungskosten,
Quellzellenradio-Verknüpfung
LTE-Entwicklung in
Release 17 Release 17 indem sie die Notwendigkeit der
(einschließlich Datenfluss) Bereitstellung eines verdrahte-
beim Einrichten der Zielzellen- Das Arbeitselement wird sich Erste Diskussionen zum Inhalt ten Backhauls für jede zellulare
Funkverbindung. Ein bedingtes weiter auf Verbesserungen in von 3GPP Release 17 began- Basis vermeiden.
Übergabeverfahren von Release den Bereichen LTE-MTC und nen im Juni 2019 und endgül-
16 dient darüber hinaus zur Ver- NB-IoT konzentrieren im Ein- tige Entscheidungen über den • NR-Geräte mit reduzierter
besserung der Robustheit der klang mit der erwarteten lang- Inhalt der Veröffentlichung lagen Kapazität
Übergabe auf Basis eines Han- fristigen Nutzung von LTE- im Dezember 2019 vor. Release Massive MTC-Anwendungsfälle
dover-Befehls. basierter Technologie für mas- 17 bringt Verbesserungen von sind gekennzeichnet durch For-
sive MTC-Anwendungen. Die Release-16-Funktionen ein- derungen nach sehr geringen
5. Verbesserungen im Anwendungsfälle für zelluläre schließlich MIMO, nichtlizen- Gerätekosten und sehr geringem
Hochgeschwindigkeitsszenario LPWA-Netze (Long Range Wide zierter Zugriff und IAB sowie Energieverbrauch. Es wird davon
Die Leistung des 3GPP Release- Area Networks) sollen erwei- eine Erweiterung des Betriebs- ausgegangen, dass ein geringer
14-Arbeitselements zur Verbes- tert werden. 16-QAM-Modula- spektrums auf über 52,6 GHz. Energieverbrauch in Kombi-
serung für das Hochgeschwin- tion für NB-IoT soll für einen Release 17 wird auch Unter- nation mit einer großflächigen
digkeitsszenario von LTE betrifft höheren Downlink-Transport stützung für neue Anwendungs- Abdeckung bereitgestellt wird
die Mobilität und den Durchsatz; sorgen (Blockgröße bis 1736 fälle einführen, zum Beispiel die mittels LTE-basiertem LTE-
diese Verbesserung beruht auf
erhöhten Anforderungen für das
UE Radio Resource Manage-
ment (RRM), die UE-Demodu-
lation und die Demodulation der
Basisstation.
6. LTE-basierte 5G-Terrestrical-
Übertragung
Multimedia-Broadcast-Multi-
cast-Dienste (MBMS) beruhen
auf einer Punkt-zu-Mehrpunkt-
Schnittstellen-Spezifikation Bild 2: Single-DCI-basierte vs. Multi-DCI-basierte Multi-TRP-Übertragung
32 hf-praxis 6/2021
5G und IoT
MTC und NB-IoT auch in der
5G-Ära. NR-Geräte mit redu-
zierter Fähigkeit werden manch-
mal bezeichnet als NR Light.
Folgende Anwendungsfälle sind
zu nennen: industrielle Funksen-
soren mit 99,99% Verfügbarkeit,
Latenz von weniger als 100 ms
und Akkulaufzeit von einigen
Jahren, Videoübertragung mit ca.
99,5% Zuverlässigkeit, Latenz
von weniger als 500 ms und
2…25 MBit/s, Wearables mit
hoher Datenrate mit ca. zwei
Wochen Akkulaufzeit. Bild 3: Integrated Access Backhaul (IAB)
• Verbesserungen bei kleinen • dynamische Frequenzfreigabe bezeichnet. Release 17 legt den Anforderungen an sehr geringe
Datenmengen Schwerpunkt auf transparente Latenz und sehr hohe Zuverläs-
Das Release-17-Workitem zu
Nutzlast-Satellitensysteme für sigkeit. Die Mobilität soll hier
Dynamic Spectrum Sharing
NR Release 15/16 erlaubt nicht die Low-Earth-Umlaufbahn dennoch vorhanden sein. Der
(DSS) konzentriert sich weiter
die Übertragung von Benut- (LEO) und die geostationäre Stromverbrauch des Geräts ist
auf Verbesserungen in Bezug
zerdaten im inaktiven Zustand. Umlaufbahn (GEO). ein wichtiger Aspekt für XR- und
auf die gemeinsame Nutzung
Infolgedessen muss das Gerät Cloud-Game-Anwendungen.
von Frequenzen zwischen NR • NR Broadcast/Multicast
auch für die Übertragung sehr Insbesondere wenn das XR-
und LTE.
kleiner Datenmengen die Verbin- Broadcast/Multicast-Funktiona- Erlebnis mittels AR-Brille mit
dung wieder aufnehmen, was den • MIMO-Verbesserungen lität für NR wird erst in Release kleinem Formfaktor bereitge-
Geräteenergieverbrauch erhöht. Release 16 enthielt eine Reihe 17 eingeführt. Beabsichtigte stellt werden soll, gibt es Ein-
Deshalb wird Release 17 die neuer Funktionen zur Verbes- Anwendungsfälle sind öffent- schränkungen.
Möglichkeit einführen, kleine serung bei NR-MIMO-Betrieb liche Sicherheit, V2X-Anwen- • Unterstützung für Multi-SIM-
Datennutzlasten in Uplink- und zum Beispiel in Bezug auf dungen, IP4/IP6-Multicast- Geräte
Downlink-Richtung auch im Mehrstrahlbetrieb und Multi- Bereitstellung, IPTV, Software-
inaktiven Zustand zu übertragen. TRP-Übertragung. Zusätz- Bereitstellung über WLAN, Multi-SIM-Geräte ermögli-
liche MIMO-Verbesserungen Gruppenkommunikations- und chen die Verwendung mehrerer
• verbesserte Nebenverbindungen in diesem Bereich werden im IoT-Anwendungen. Abonnements, möglicherweise
Rahmen von Release 17 ein- • Dualkonnektivität mit mehreren für verschiedene Netzwerke,
Die Möglichkeit der Neben- geführt. Dies schließt zum Bei- in einem Gerät. Heute erhalten
Funkgeräten
verbindung (direkt Gerät zu spiel Verbesserungen in den Multi-SIM-Geräte keine spezi-
Gerät), etwa zur Erhöhung der folgenden Bereichen/Szenarien Das Release-17 zu MR-DC- elle Unterstützung innerhalb der
öffentlichen Sicherheit, wird ein: Mehrstrahlbetrieb insbeson- Verbesserungen (Multi-Radio 3GPP-Spezifikationen. Mit dem
eingeführt. Der Umfang der dere in Hochgeschwindigkeits- Dual-Connectivity) wird erstellt Arbeitselement Release-17 zur
Verbesserungen umfasst einen Fahrzeugszenarien bei höheren auf Basis der entsprechenden Unterstützung von Multi-SIM-
reduzierten Geräteenergiever- Frequenzen, Erweiterung der MR-DC-Verbesserungen von Geräten soll dies eingeführt wer-
brauch während des Seitenlink- Multi-TRP-Übertragung auf Release 16 und der Verbesserung den, wodurch eine verbesserte
betriebs und erhöhte Zuverläs- den Uplink, SRS-Übertragung der Mobilität von Release 16. Leistung und Benutzererfahrung
sigkeit sowie reduzierte Latenz (Sounding Reference Signal), • eXtended Reality (XR) bei einem Multi-SIM-Gerät er-
für die Nebenverbindungskom- um Kapazität und Abdeckung möglicht wird.
munikation. zu erweitern. Anwendungen, die auf XR
(eXtended Reality) basieren, 5G New Radio (NR)
• Positionierungsverbesserungen • UE Power Saving Enhancements sowie cloud-basiertes Spielen
5G NR ist der globale Standard
Release 17 wird zusätzliche UE- werden lt. Prognosen kontinu- für eine einheitliche, leistungs-
Die native Positionierungsun- Energiesparfunktionen speziell ierlich an Bedeutung gewinnen. fähige drahtlose 5G-Luftschnitt-
terstützung wurde in Release 16 für Geräte im Leerlauf/inakti- Release-17-Studiengegenstand stelle. Die Technologie wurde
eingeführt mit dem Ziel, sowohl ven Zustand einführen. Dazu ist die aktuelle NR-Unterstüt- im Frühjahr 2016 in 3GPP ein-
regulatorische als auch kom- gehören beispielsweise Mittel zung für solche Anwendungen. geführt. Die ersten NR-Spezifi-
merzielle Anwendungsfälle mit zur Reduzierung unnötiger UE- Bereits während der Diskussi- kationen, begrenzt auf nichtei-
einer Positioniergenauigkeit bis Paging-Empfänge und PDCCH- onen im Vorfeld wurden einige genständigen Betrieb, lässt den
mindestens 3 m und einer Ende- basierte Energiesparanpassungen spezifische Bereiche von Rele- NR Carrier immer zusammen
zu-Ende-Latenz von weniger als einschließlich PDCCH-Über- vanz für das XR- und Cloud- mit einem LTE-Träger arbeiten.
1 s zu versehen. Ein Release- wachung. Gaming identifiziert. XR- und
17-Studienartikel zu Enhanced Cloud-Gaming-Anwendungen Ein Hauptmerkmal von NR ist
Positioning konzentriert sich auf • nichtterrestrisches Netzwerk sind in der Regel mit einem die wesentliche Erweiterung
eine noch höhere Genauigkeit Die Kommunikation über Satel- hohen Durchsatz verbunden, in Bezug auf den Bereich des
der Positionierung sowohl hori- litensysteme wird als nicht- häufig in Kombination mit Spektrums, in dem die Funk-
zontal als auch vertikal. terrestrische Netzwerk (NTN) URLLC-Anforderungen, d.h. zugangstechnologie eingesetzt
34 hf-praxis 6/2021
5G und IoT
Bild 4: Arten von Netzwerkknoten
werden kann, mit Betrieb von rung der betrieblichen Effizi- getrennten Punkten übertragen. Integrierter Zugriff und
unter 1 GHz bis zu mehr als 40 enz allgemein. Das z.B. bietet die Möglichkeit Backhaul
GHz. Diese Spektrumflexibilität der erhöhten Gesamtübertra-
Mit Release 15 NR wurde ein Integrated Access Backhaul
möglich durch eine skalierbare gungsleistung bei Downlink-
skalierbares und sehr flexibles (IAB), erstmals als Teil von
OFDM-Numerologie und inhä- Übertragung zu einem einzelnen
MIMO-Framework eingeführt, NR Release 16 eingeführt,
rente Unterstützung für massives Gerät. Es gibt zwei Ansätze für
das weiter verbessert werden erweitert NR auf die Unterstüt-
Beamforming.
kann. Das MIMO-Framework die Multi-TRP-Übertragung im zung von drahtlosem Backhaul,
Rahmen von Release 16, siehe
Weitere wichtige Merkmale der von Release 15 unterstützt d.h. auf drahtlose Konnektivi-
Bild 2: Single-DCI-basierte und
ersten Version von NR waren: MIMO bei Frequenzen unter 6 tät zwischen Netzwerkknoten
GHz und mmWellen-Frequenzen Multi-DCI-basierte Übertragung zusätzlich zu konventionellen
• weiter reduzierte Latenz (im mit einer Vielzahl von Antennen- (Downlink Control Information).
Vergleich zu beispielsweise elementen und verschiedenen Zugangsverbindungen zwischen
LTE), ermöglicht durch kür- Transceiver-Architekturen: • Mehrstrahlverbesserungen Basisstation und Geräten, siehe
zere Slots Bild 3.
Digital-, Hybrid- und Analog-
• s chnellere Hybrid-ARQ- Transceiver. Die Verbesserungen von Release IAB unterstützt sowohl Out-of-
Neuübertragungen (Automa- Release 16 lieferte die folgende 16 in Bezug auf die Mehrstrahl- Band- als auch In-Band-Back-
tic Repeat of Request) hauling. Die Gesamtarchitektur
MIMO-bezogenen Verbesse- übertragung betreffen hauptsäch- für IAB basiert auf einer bereits
lich das Targeting. Es wird ein
• deutlich schlankere Übertra- rungen/Erweiterungen: in 3GPP Release 15 eingeführten
reduzierter Signalisierungsauf-
gung, zum Beispiel durch ver- Aufteilung. Demnach besteht ein
• erweitertes CSI (Channel State wand ermöglicht. Release 16
minderte Einschaltdauer gNB (gNodeB, wie die Basis-
Information) Typ II Codebuch führte dazu PUCCH-Ressour-
• M öglichkeit einer engen cengruppen ein (Physical Uplink stationen nun genannt werden)
Ein wichtiges Merkmal ist die aus zwei funktional unterschied-
Zusammenarbeit mit LTE Carrier Channel, dieser trägt
Möglichkeit, Korrelationen im lichen Teilen mit standardisierte
einschließlich LTE/NR-Dual- die Uplink Control Informa-
Frequenzbereich zu reduzie- Schnittstelle dazwischen:
Konnektivität tion). Damit kann die räumliche
ren. Die PMI-Berichterstattung
Beziehung mehrerer PUCCH- 1. Zentraleinheit (Centralized
Wie schaut nun die NR-Evolu- (Precoder Matrix Indicator) ver-
Ressourcen gleichzeitig aktua- Unit, CU) mit den Protokollen
tion in Release 16 aus? Die im bessert sich um Faktor 2. Bis zu
lisiert werden. PDCP und RRC
Rahmen von NR Release 16 ein- vier Schichten pro Gerät im Ver-
geführten Funktionen lassen sich gleich zu maximal zwei Schich-
2. eine oder mehrere Distributed
grob in zwei Gruppen einteilen, ten pro Gerät bei Release-15 sind • bessere Pfadverlustreferenz
Units (DUs) einschließlich der
wie in Tabelle1 dargestellt: möglich.
Protokolle RLC, MAC und Phy-
In Release 15 konnte die Pfad-
• Funktionen für neue Branchen • verbesserte Multi-TRP- sical Layer
verlustreferenz nur einge-
wie Transportindustrie, indus- Übertragung (Transmission and
schränkt aktualisiert werden, Die standardisierte Schnitt-
trielles IoT, Fertigung, Unter- Reception Point)
während Release 16 die Mög- stelle zwischen der CU und
nehmen, Automobil usw.
Bei Multi-TRP-Übertragung lichkeit einführte, die Pfadver- einer DU wird als F1-Schnitt-
• Funktionen zur Steigerung der wird der physische Kanal gleich- lust-Referenzmittel uneinge- stelle bezeichnet, s. Bild 4. Der
Kapazität und zur Verbesse- zeitig von zwei geografisch schränkt zu aktualisieren. IAB-Donor-Knoten besteht
36 hf-praxis 6/20215G und IoT
• konfigurierbarer Offset-Parameter
für die minimale Zeitplanung
Für ausreichend große Werte des
Offset-Parameters muss das UE
nicht puffern und decodieren,
wodurch eine reduzierte UE-
Leistung ermöglicht wird.
• Möglichkeit für ein UE, ein Szenario
mit geringer Mobilität und/oder
nicht an der Zellgrenze zu erkennen
Diese Möglichkeit ermöglicht
jeweils optimale Schwellenwerte
bei der Leistung.
Mobilitäts
verbesserungen
Zwei neue handover-bezogene
Funktionen wurden eingeführt,
um z.B. eine bedingte Über-
Bild 6: Unicast, Groupcast und Broadcast als mögliche Sidelink-Übertragungsziele gabe zusätzlich zur herkömm-
lichen Übergabe zu ermögli-
aus CU-und DU-Funktionalität tion zu Basisstation) ist beson- Interferenzen können aufgrund chen. Gelingt diese nicht, geht
und stellt eine Verbindung zum ders sehr großer Ausbreitungsverzö- das Gerät zu einem herkömm-
verbleibenden Netzwerk über gerungen immer noch auftreten. lichen Zugriff auf die neue
Nicht-IAB-Backhaul her. Der ausgeprägt bei der Makrobereit- Eine solche Ausbreitungsverzö- Zelle über, gefolgt von einem
IAB-Knoten ist für das Back- stellungen mit hohen Sendelei- gerung könnte aufgrund eines längeren Verbindungsaufbau.
haul auf IAB angewiesen. Es stungen der Basisstation und Phänomens auftreten, das als Im Falle einer bedingten Über-
besteht aus DU-Funktionalität. Antennen der Basisstation über Kanalisierung bekannt ist (Duct). gabe ist das Gerät darauf vor-
Auf der anderen Seite enthält dem Dach. Bei anderen Bereit- Hierzu liefert Bild 5 eine Illus- bereitet, mit einem oder meh-
ein IAB-Knoten eine sogenannte stellungen ist die Aufwärtsver- tration. reren Zielzellen im Voraus zu
IAB-MT-Funktionalität, die bindung zu Abwärtsverbindung kommunizieren. Beim Empfang
Konnektivität mit der DU des (UE zu UE) kritisch bezüglich werden dabei Befehle nicht aus-
User-Equipment-
übergeordneten Knotens bietet. Interferenz. Um mehr flexible geführt, vielmehr werden die
Zuweisungen von Downlink/ Energieeinsparungen
Handover-Befehle gespeichert
Das MT stellt im Wesentlichen Uplink-Ressourcen zu ermög- und nur dann ausgeführt, wenn
als normales Gerät eine Verbin- Je größer die Bandbreite und
lichen, wurden in Release 16 bestimmte Bedingungen erfüllt
dung zur DU des übergeord- je höher die Datenraten, umso
Verbesserungen eingeführt, um sind. Auf diese Weise vermeidet
neten Knotens her. Ein wichtiges potenziell höher ist der UE-Ener-
wenigsten teilweise mit solchen man das Risiko, dass die Über-
Merkmal der IAB-Verbindung ist gieverbrauch und entsprechend
Vernetzungsstörungen umge- gabe nicht vollständig ausge-
die Unterstützung der zeitlichen kürzer die UE-Batterielaufzeit.
hen zu können. Diese Verbes- führt wird wegen sich schnell
Ausrichtung über Funk (OTA). Deshalb wurden im Rahmen
serungen bestehen aus spezifi- verschlechternden Kanalbedin-
von 3GPP Release 16 mehrere
zierten Interferenzmessungen gungen. Dieses Konzept führt
neue Funktionen zur Adressie-
Interferenz- und verwandter Berichterstat- zu einem deutlich reduzierten
rung des UE-Stromverbrauchs
Management tung auf der Geräteseite zusam- Risiko für Verbindungsfehler.
im verbundenen Modus einge-
men mit spezifizierte Inter-gNB-
führt. Hierzu zählen:
In einem NR-System kann bei Signalisierung, die eine Koor- Weitere
bestimmter Auslegung eine dination zwischen Standorten • PDCCH-basiertes Wecksignal
ermöglicht. Das Release-15-Re- Verbesserungen
Interferenz von Downlink zu
Uplink auftreten sowie eine ferenzsignal für die empfangene Es dient der Aktivierung des Weitere Verbesserungen seien
Uplink-Downlink-Interferenz. Leistung wurde also entspre- Netzwerks und begrenzt die hier der Vollständigkeit halber
Der klassische Weg, solche chend erweitert. Auf diese Weise Einschaltdauer. Es wird erwar- z.T. lediglich genannt:
Vernetzungsstörungen in einem kann das Netzwerk Kenntnisse tet, dass dies zwischen 15% und
TDD-basierten Mobiltelefon- über das potenzielle UE-zu-UE • Multi-RAT-Dual-Connectivity-
30% Energie sparen kann.
Kommunikationssystem zu ver- erwerben und der Interferenz und CA-Verbesserungen
meiden, ist eine systemweite zwischen UEs verschiedener • Erweiterung des Release-15- • Industrial IoT (IIoT)
zeitübergreifende Zeitsynchroni- Zellen entgegenwirken. Mechanismus´ zur Begrenzung der
sation in Kombination mit ausge- Anzahl der DL-MIMO-Ebenen • Ultra-reliable Low Latency
richteter Downlink/Uplink-Kon- Release 16 enthält dazu auch • V2X (Vehicle-to-Everything)
figurationen zwischen Zellen. Tools für das sogenannte Dies ermöglicht in einigen Fäl-
Remote Interference Manage- len UE-Szenarien mit einer redu- Hier gibt es drei grundsätzliche
Das Problem der Interferenz von ment (RIM). Dies zielt auf große zierten Anzahl der aktiven Emp- Übertragungsszenarien gemäß
Downlink zu Uplink (Basissta- Makrozellenbereitstellungen ab. fangsantennen. Bild 6. ◄
hf-praxis 6/2021 37Sie können auch lesen
