Von der 4. zur 5. Generation Mobilfunk: Versorgungslage, Leistungsmerkmale und
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Fachhochschule Südwestfalen
Wir geben Impulse
„Von der 4. zur 5. Generation Mobilfunk:
Versorgungslage, Leistungsmerkmale und
Anwendungspotenziale “
Prof. Dr. Christian Lüders
Prof. Dr. S. Breide, Dipl. Ing. S. Helleberg, F. Pletziger (B.Eng.), C. Witteler (B.Eng.)
FH Südwestfalen, Breitbandkompetenzzentrum NRW BBCC.NRW
Lindenstr. 53, 59872 Meschede
Email:lueders.christian@fh-swf.de
Forschungsschwerpunkte - C. Lüders Untersuchungen zur Leistungsfähigkeit von Funksystemen Long Term Evolution LTE (4G), 5G Mobilfunk Funksyteme für M2M, Internet of Things, Industrie 4.0 Wireless LANs (IEEE 802.11 ac/ad, ...) Funkausbreitung Messungen zur Funkausbreitung, Erstellung von Funkausbreitungsmodellen Simulationen zur Funkausbreitung für WLAN, Richtfunk und Mobilfunk Funk-Versorgungsanalysen für Smart Grid, Industriekommunikation Analysen zur Funkversorgung Messungen und Analysen zur Funkversorgung in Mobilfunknetzen (2G, 4G und 5G) Funkversorgung für Smart-Grid-/Smart-Meter-Anwendungen und Internet of Things Simulationen zur Kapazität von Funknetzen (Datenrate, versorgbare Teilnehmer) Breitbandversorgung, Medientechnik: Prof. Dr. S. Breide Radartechnik, Antennenentwicklung: Prof. Dr. B. Will Folie 2 (01/2020)
Inhalt Einleitung Auf dem Weg zur 5. Generation Mobilfunk Derzeitige Mobilfunkversorgung (im ländlichen Raum) Stand der 5G-Versorgung Zusammenfassung und Fazit Folie 3 (01/2020)
Generationen von Mobilfunksystemen
Mbit/s
5G DL UL
5G: IMT-2020
2020
LTE-Adv. 1000 500 4G: IMT-Adv.
wie 3G und
WiMAX LTE 300 75 höhere Raten
2010
M2M, IoT, …
HSPA+ 42 12
3G: IMT-2000
HSPA 14 7 wie 2G und
www, Email,
UMTS 0,4 0,4 Bilder, Video, ..
2000
EDGE 0,5 0,2
2G digital
GPRS Telefonie
SMS, Fax,
CDMA GSM 0,01 0,01 Daten
1990
mehrere länderspezifische analoge Systeme: 1G Telefonie
Folie 4 (01/2020)
Nutzungsszenarien IMT 2020 (5G) gemäß ITU
EMBB
Spitzendatenrate ≈ 20 / 10 Gbit/s (DL/UL)
User Experienced ≈ 100 / 50 Mbit/s (DL/UL)
Nicht alles
gleichzeitig!!!
MMTC URLLC
≈ 1 Mio. Geräte pro km2 Latenz ≈ 1 ms (z. Vgl.: LTE ≈ 20 ms)
viele kleine Datenpakete Übertragungssicherheit ≈ 99,999%
Folie 5 (01/2020) Quelle: ITU-R: Rec. M.2083-0, IMT Vision – Framework and overall objectives
of the future development of IMT for 2020 and beyond, Sept. 2015
Betriebsarten für 5G
öffentliches landesweites/globales Mobilfunknetz
privates lokales Mobilfunknetz Campus-Netz
Mischformen aus beiden Betriebsarten
Device-to-Device Communication (D2D); z.B. Fahrzeug-Fahrzeug-Kom.
ohne Infrastruktur (ähnlich wie Bluetooth)
durch Infrastruktur koordiniert (z.B. Kanalzuteilung) weniger Störungen
Network Slicing:
mehrere logisch getrennte Netze für unterschiedliche Anforderungen
(vertikale Industrien und deren Anwendungen)
über eine physikalische Infrastruktur
Folie 6 (01/2020)
Geschäftsfelder und Anwendungen
Vertikale Industrien Anwendungen
Produz. Industrie, I4.0 Maschinensteuerung, Augmented Reality
Energieversorger Zählerauslesung, Netzsteuerung, …
Automobilbranche Diagnose, Verkehrssteuerung, autonom. Fahren
Logistik und Transport Flottenmanagement, autonome Gabelstapler
Landwirtschaft Steuerung Landmaschinen, Sensoren im Feld, …
Smart Cities Verkehrssteuerung, Umweltsensoren
Gesundheit/Wellness, … Fitnesstracker, Tele-Medizin (bei Unfall), …
Network Slicing: Service Level Agreements (Qualität, Funktionalität, Preis, …)
zwischen Netzbetreiber und Vertikaler Industrie
neue Einahmequellen für Netzbetreiber
Folie 7 (01/2020)
Aufbau eines Mobilfunknetzes
Agriculture Slice Slice
Automotive Slice
Smartphone Slice
Funknetz Kernnetz Externes Netz
Radio Access Core Network
NodeB
Internet, anderes
Mobilfunknetz
User
Equipm. Glasfaser
Hochleistungs-
Richtfunk
NodeB 2G, 3G, 4G/LTE 5G
- eNB: 4G-Basisstation - spezielle HW mit - Universelle HW
- gNB: 5G-Basisstation - zugehöriger SW - Network Function Virtualization
Folie 8 (01/2020)
Migration: LTE 5G
4G-Kernnetz 5G-Kernnetz
4G 5G 4G 5G 5G 5G 4G 5G 4G 4G 5G
NB NB NB NB NB NB NB NB NB NB NB
Anker-
frequenz User
Equipment
NB: Node B – Basisstation Steuerung
• eNB: 4G Daten
• gNB: 5G
Folie 9 (01/2020)
Inhalt Einleitung Auf dem Weg zur 5. Generation Mobilfunk Derzeitige Mobilfunkversorgung (im ländlichen Raum) Stand der 5G-Versorgung Zusammenfassung und Fazit Folie 10 (01/2020)
Projekte zur Mobilfunkversorgung
im ländlichen Regionen
Projekt „Aufklärungskampagne zu den Engpassfaktoren der
Mobilfunkversorgung im Münsterland“
WFGs/Breitbandkoordinator*Innen der Kreise Borken, Coesfeld,
Steinfurt, Warendorf und der Stadt Münster
Projekt „Untersuchung zur Verbesserung der Mobilfunkversorgung im
ländlich geprägten Raum“
FH SWF mit InInstitut Breitbandkompetenzzentrum NRW (BBCC.NRW)
Start: Juli 2019 Laufzeit: bis Frühjahr 2021
enge Kooperationen
gefördert vom Ministerium für Umwelt Landwirtschaft, Natur- und
Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen
Folie 11 (01/2020)Umfragen zur Kundenzufriedenheit
= 3,8 = 2,8
100%
80% Note 6
60% Note 5
40% Note 4
20% Note 3
Note 2
0%
Umfrage MSL BNetzA Note 1
2018/19
Umfrage: Nutzung/Zufriedenheit (Ende 2019)
LTE-Basisstationen
80000 • 10000 Unternehmen/Landwirte/Handwerker
60000 • gut 1000 Rückmeldungen
40000
• u.a.: mobile Telefonie wichtig, aber schlecht
20000
0 Abnahme der Zufriedenheit mit der Zeit
2012 2014 2016 2018 trotz steigenden Netzausbaus !!!
Bundesnetzagentur,
Folie 12 (01/2020) Breitbandmessung,
Jahresbericht 2018/19Versorgungsauflagen
Datenrate Versorgte Versorgte Versorgte Bis wann?
DL / Mbit/s Haushalte Fläche Verkehrswege
Auktion 2015 50 97% - BAB, Schiene Ende 2019
Auktion 2019 100 98% - Weitere Wege Ende 2022
Betreiberzusage 100 99% 97% „ Ende 2024
Bundesregierung 100 99,95% 97,5% „ Ende 2024
+ 5000 Standorte
Siehe BMVI: „Mobilfunkstrategie der Bundesregierung“,
www.bmvi.de/SharedDocs/DE/Artikel/K/mobilfunkstrategie.html,
Nov. 2019.
Reduktion BNetzA: Auflagen aus Auktion 2019 erfüllt
Verbindungsabbrüche
BMVI: Mobilfunkinfrastrukturgesellschaft in Gründung
• Durch Voice over LTE
• Förderung des Ausbaus in unversorgten Gebieten
• Außenantenne
• in Absprache mit den Kommunen
Folie 13 (01/2020)Einflussfaktoren auf die Datenrate
Datenrate
hohe Frequenzen:
• viel Kapazität
• geringe Reichweite
niedrige Frequenzen:
• wenig Kapazität
• hohe Reichweite
Abstand
erzielbare Datenrate hängt von vielen Faktoren ab
• Empfangspegel, Nutzung: Innen/Außen, im Kfz
• Netzauslastung, Störungen aus anderen Funkzellen
• Endgerät: unterschiedliche Leistungsfähigkeiten, nicht alle Frequenzen
• Vertragsbedingungen: LTE vielfach kein Bestandteil
Folie 14 (01/2020)Netzabdeckung 4G
Vergleich verschiedener Regionen (gemäß BNetzA-Karte)
30%
Alle TF TK VF
nicht-versorgte Fläche / %
25% SWF Südwestfalem
HSK Hochsauerlandkreis
20%
SO Kreis Soest
15% MSL Münsterland
10% BOR Kreis Borken
5% D Deutschland (gesamt)
0%
SWF HSK SO MSL BOR D
Ziel der Breitbandstrategie der Bundesregierung: Flächenversorgung 97,5%
Legt man BNetzA-Karten zugrunde nahezu erfüllt !!!
Statistiken basierend auf BNetzA-Karten:
https://www.breitband-monitor.de/mobilfunkmonitoring/karte
Folie 15 (01/2020)Netzabdeckungskarten der Betreiber
Vergleich mit Störmeldungen
Störmeldungen
• in „unversorgten“ Flächen: 20%
• in „unversorgten“ Flächen
plus 100 m Radius 40%
• in „unversorgten“ Flächen
plus 200 m Radius 52%
• ca. 40 … 50% der Störmeldungen
passen nicht zu Abdeckungskarte
https://www.telekom.de/netz/mobilfunk-
netzausbau
Folie 16 (01/2020)Netzabdeckungskarten der Betreiber
Analyse für evtl. interessante Standorte
• Standortsuche durch Punktraster über Untersuchungsgebiet
• Standorte könnten ≥ 3 km² nicht versorgte Fläche abdecken
• Ausgangspunkt für Diskussionen mit Kommunen?
• Einbeziehung anderer Standorte (über BNetzA-Daten)?
Folie 17 (01/2020)Messaufbau und Messteam
Rohde & Schwarz QualiPoc auf
• Galaxy S5 / S10, Sony Xperia XZ2
• teilw. GNetTrack Pro auf anderen UEs
Szenarien (> 1000 km + 20 Standorte)
• Telefonie > 700 km
• LTE-Versorgung > 1100 km
• Technologieverfügbarkeit > 700 km
Statistik zur Strecke:
• in der Nähe von ca. 550 von 1600
Störmeldungen
• durchfahrene Flächen nach Nutzung:
• Siedlung: 25%
• Landwirtschaft: 60%
• Wald: 15%
• eher kritische Bereiche
Folie 18 (01/2020)Gemessene LTE-Versorgung – RSRP
Vergleich mit Netzabdeckungskarten
passt
passt nicht
passt passt
passt
nicht
Folie 19 (01/2020)Gemessene LTE-Versorgung – RSRP
Vergleich mit Netzabdeckungskarten
keine LTE-Basisversorgung (außen) keine höherwertige od. Indoor-Versorg.
25% Telekom Vodafone Telefonica
80%
20% Telekom Vodafone Telefonica
60%
15%
40%
10%
5% 20%
0% 0%
G V U G V U
G: längs der gesamten Messroute
U: auf dem Teil der Messroute, der durch „unversorgte Gebiete + Umgebung“ führte
V: auf dem Teil der Messroute, der durch U führt („versorgt lt. Netzabdeckungskarte“)
Folie 20 (01/2020)Sprachqualität auf den Messrouten
Abbrüche und weitere Besonderheiten
• Telefonie zu mehr als 90% über GSM (bei allen Betreibern)
• Telefonie über LTE (VoLTE) bei entsprechendem Empfang mit höherer Qualität
• Handover LTE GSM, aber mit Abbruch-Risiken (GSM LTE nicht mögl.)
Empfehlung für Einstellung am Endgerät wird untersucht!
• insgesamt 700 … 800 erfolgreiche Handover pro Betreiber
• unzuverlässig bei Grenzübertritt
• Abbrüche: 1 (bester Betreiber) ,,, 14 (schlechtester Betreiber, 68% in WAF)
• jeweils 7…9 Bereiche mit mäßiger/schlechter Sprachqualität (WAF, Grenznähe)
• insgesamt gutes bis zufriedenstellendes Ergebnis
Folie 21 (01/2020)Versorgungsqualität an ausgewählten Orten
COE: Halle und Bürogebäude
Halle:
• Telefonica: 10 Mbit/s (DL), 0,5 Mbit/s (UL)
• Telekom, Vodafone (deutlich) besser
• Telefonie gut bei allen Betreibern
Gewählter Betreiber: Telefonica
Außen:
• Telefonica: 1,5 Mbit/s (DL), 0,5 Mbit/s (UL)
• Telekom, Vodafone (deutlich) besser
• Telefonie gut bei allen Betreibern
Netzabdeckungskarte:
Bürogebäude (Probleme bei allen): nur LTE-Außenversorgung
• keine Datenübertragung möglich
• keine Sprachübertragung
• Ursache: Abschattungen und Gebäudehülle
Empfehlungen
• Netzbetreiber wechseln (Abdeckungskarten betrachten)
Folie 22 (01/2020)
• Innen: WLAN / WLAN-Call nutzen ( Tests & Anleitungen)Inhalt Einleitung Auf dem Weg zur 5. Generation Mobilfunk Derzeitige Mobilfunkversorgung (im ländlichen Raum) Stand der 5G-Versorgung Zusammenfassung und Fazit Folie 23 (01/2020)
Derzeitige 5G-Versorgung in Deutschland
genutzte Frequenzbereiche
4G-Kernnetz
• 700 MHz – Land – VF
• 1800 MHz – Kleinstadt – VF
• 2100 MHz – Land – TK
4G 5G 4G 5G
NB NB NB NB mit LTE, wenig Kapazität
Anker- • 3500 MHz – Großstadt – TF, TK, VF
frequenz User
Equipment nur 5G, bis ca. 2 Gbit/s
Steuerung
nicht alle 5G-fähigen Endgeräte unterstützen
Daten
alle Frequenzen / Frequenzkombinationen
NB: Node B – Basisstation
• eNB: 4G
• gNB: 5G
Folie 24 (01/2020)Zusammenfassung / Fazit
5G im Endausbau sehr leistungsfähig, großes Potential für Industrie/Landwirts.
öffentl. 5G-Netze im Aufbau, aber noch nicht mit voller Leistungsfähigkeit
derzeitige 5G-Smartphones: nicht alle Frequenzen/Frequenzkombinationen
spezielle Angebote für Unternehmen z.B. Campus-Netze
Analyse der bisherigen Versorgungslage im Münsterland
Umfrage Störmeldungen
Versorgungskarten der Netzbetreiber/BNetzA, Crowd-Sourcing-Daten Umlaut-Studie
eigene Messungen
„Versorgungskarte“ besser als „Messergebnisse“ besser als „Umfrage“
Endkunden: einige Maßnahmen zur Verbesserung selbst ergreifen
Kommunen/Kreise: Absprachen mit Netzbetreibern & Mobilfunkinfrastrukturges.
Folie 25 (01/2020)Sie können auch lesen
