5G Release 17 und 18 5G-Mobilfunk: Der Einfluss des Metaverse und nicht-terrestrischer Netzwerke

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Mit der stetigen Weiterentwicklung von 5G mit den Releases 17 und 18 verbessert sich die Leistung der Mobilfunktechnik. Doch Komponenten- und Gerätehersteller müssen sich unter anderem mit dem Metaverse, nicht-terrestrischen Netzwerken und Wide-Bandgap-Halbleitern beschäftigen.

Mit dem Mobilfunkstandard 5G gehen wichtige Trends wie offene Funkzugangsnetze (RAN), die Millimeterwellentechnik zur Übertragung der 5G-Frequenzen und die Entwicklung mobiler Dienste einher. Sie alle bilden die Grundlage für den digitalen Wandel. 5G ist kein starrer Mobilfunkstandard. Vielmehr wird dieser ständig weiterentwickelt und verbessert. Der erste wirkliche Standard für 5G wurde mit dem Release 15 der 3GPP verabschiedet.

Das Release 17 der 3GPP enthält eine Reihe von Verbesserungen bestehender Funktionen. Dazu gehören beispielsweise Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO), zuverlässige Kommunikation mit niedriger Latenz (ultra-reliable low-latency communication, URLLC) sowie Energieeinsparungen oder neue Funktionen wie nicht-terrestrische Netzwerke (NTNs) und höhere Frequenzbänder.

Das darauf folgende Release 18, die erste Version von 5G Advanced, befasst sich mit neuen Funktionen wie KI/ML, Extended Reality (XR) und Netzwerk-Energieeinsparungen sowie Verbesserungen bestehender Funktionen. Ebenfalls im Release 18 sollen die Auswirkungen neuer Metaverse-Anwendungen auf die 5G-Netze behandelt werden.

5G und die Auswirkungen des Metaverse

Laut Michael Inouye, Chefanalyst bei ABI Research, sind die Möglichkeiten des Metaverse enorm, ebenso wie die potenziellen Auswirkungen und Anforderungen an 5G-Netze. Die Anwendungsfälle seien jedoch entweder Nischenanwendungen oder würden erst in der Zukunft eine größere Rolle spielen.

Inouye diskutiert auch die Technologie- und Marktentwicklung, die für den Aufbau des Metaverse erforderlich ist, und überlegt, was ein zukünftiges Metaverse von 5G, 5G Advanced und zukünftigen 6G-Netzwerken benötigen wird. Außerdem werden die wichtigsten Meilensteine genannt, die erreicht werden müssen, bevor 5G-Netze einen signifikanten Einfluss haben werden.

Ein weiterer potenziell wichtiger Faktor für 5G-Mobilfunknetze sind NTNs, bei denen Satelliten anstelle von terrestrischen Basisstationen Daten übertragen und verarbeiten. Das 3GPP-Release 17 enthält erste Verbesserungen zur Unterstützung von 5G-NTNs.

„Die 5G-Technologie kann möglicherweise Teile der Mobilfunknetzinfrastruktur über NTNs in den Weltraum verlagern“ und „die Mobilfunkabdeckung und Verbindungskontinuität im Vergleich zu herkömmlichen terrestrischen Netzarchitekturen erheblich verbessern und eine katastrophensichere Lösung für die Notfallkommunikation bieten“, sagte Xiang Li, Industry Solution Marketing Engineer bei Keysight Technologies. NTNs würden auch Vorteile für die Umwelt und die Energieeffizienz mit sich bringen und viele neue IoT-Anwendungen ermöglichen. Li ging auch auf die verschiedenen von 3GPP definierten NTN-Architekturen, NTN-Herausforderungen und durch NTNs ermöglichte Anwendungsfälle ein.

Nicht-terrestrische Netzwerke und der Test

Einige der NTN-Herausforderungen betreffen das Testen. „NTNs bringen neue Probleme für die Implementierung und das Testen mit sich“, sagt Dylan McGrath, 5G Marketing Manager bei Keysight Technologies. Zu diesen Herausforderungen gehören die Integration mit terrestrischen Netzwerken, Verzögerungen bei der Satellitenverbindung und Dopplerfehler. McGrath spricht einige der größten Herausforderungen an, wie die Eingrenzung möglicher Ursachen im Zusammenhang mit neuen Funktionen des zu testenden Systems, Tests mit fester Verzögerung und Tests mit realen und simulierten Basisstationen.

Auf der Komponentenseite stellen HF-Frontend-Module (RFFE) die Chipsatzhersteller vor Schwierigkeiten, da die Nutzung und die von der 5G-Technologie bereitgestellten Dienste weit verbreitet sind, so der Co-Autor Stefano Lovati. „Die Komplexität des RFFE-Designs hat mit der Implementierung neuer Funktionen zugenommen. Dazu gehören beispielsweise Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) für die Datenübertragung, MIMO-Technologie für verbesserten Signalempfang und -durchsatz sowie Trägeraggregation.“

Wide-Bandgap-Halbleiter im Einsatz für 5G

Darüber hinaus erhöhen die schnellere Datenübertragung, die höhere Bandbreite, die geringere Latenz und die höhere Zuverlässigkeit der drahtlosen 5G-Kommunikationstechnologie bei gleichzeitiger Unterstützung neuer Technologien wie autonome Fahrzeuge, intelligente Stadtinfrastrukturen und erweiterte Realität den Bedarf an fortschrittlichen elektronischen Komponenten und Materialien, die dies bei hohen Frequenzen und Leistungsniveaus mit minimalem Energieverbrauch leisten können, sagte Lovati.

Wide-Bandgap-Halbleiter (Wide-bandgap semiconductors, WBG) bieten Eigenschaften, die für 5G-Anwendungen geeignet sind: „Ein wesentlicher Vorteil von WBG-Halbleitern wie Siliziumkarbid und Galliumnitrid ist, dass sie mit hohen Spannungen umgehen können und bei hohen Frequenzen arbeiten.“

Viele 5G-Chiphersteller wollen 5G-fähige Geräte mit mehr HF-Antennen ausstatten. Sie reagieren auf die Nachfrage nach leistungsstärkeren, effizienteren und energieeffizienteren 5G-Chips und -Modulen mit neuen Funktionen und höherer Funktionalität.

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