Der Dachverbandes 3GPP koordiniert seine technischen 5G-Entwicklungen mit der ITU, die ihrerseits mit dem Regelwerk IMT-2020 die Standardisierung des Mobilfunks vorantreibt. (Bild: 3GPP)

Datenübertragung in Echtzeit und mit geringer Latenz, riesige Bandbreite und hohe Teilnehmerdichte – die Beschreibung von 5G liest sich wie der Wunschzettel der industriellen Automation. Tatsächlich hat die nächste Mobilfunkgeneration die Anforderungen von vertikalen Märkten stärker im Blick als vorangegangene Übertragungsstandards. Doch wer steckt eigentlich hinter den Standards?

Unternehmen weltweit sehnen sich nach Sicherheit für ihre Investitionen. Das betrifft politische Rahmenbedingungen genauso wie infrastrukturelle und immer stärker auch technische Normen und Standards. Der Aufwand für einzelne Märkte unterschiedliche Systeme vorzuhalten und zu administrieren wächst exponentiell zum technischen Fortschritt. Das gilt für die Automobilindustrie genauso wie für den Maschinenbau oder die Elektroindustrie. Daher ist auch die Festlegung auf Standards und Normen bei der Einführung der 5G-Technologie von enormer Bedeutung für die betroffenen Unternehmen. Die Entwicklung der technischen Standards und Testszenarien für 5G-Hardware und -Services wird in erster Linie im Dachverband 3rd Generation Partnership Project (3GPP) vorangetrieben. Dieses Projekt vereint sieben Entwickler-Organisationen. Gegründet anlässlich der Entwicklung der dritten Mobilfunkgeneration – daher der Name – hat sich dieses Gremium auch der Nachfolge-Generationen angenommen.

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Europa ist über das ETSI (European Telecommunications Standards Institute) im 3GPP vertreten, einer der drei anerkannten Standardisierungsorganisationen in der EU, die Europäischen Normen (EN) entwickeln dürfen. Allerdings ist es keine rein Europäische Organisation: Ihre weit über 900 Mitglieder stammen von allen fünf Kontinenten. Eng koordiniert mit 3GPP arbeitet die Internationale Fernmeldeunion (International Telecommunication Union, ITU), einer Sonderorganisation der Vereinten Nationen (UNO), um auf Seite der Telekommunikationsservices eine weltweite Harmonisierung der 5G-Entwicklung zu erzielen. Dies betrifft beispielsweise die Frage der verwendeten Frequenzbänder. 

Die neuen Spezifikationen für den internationalen Mobilfunk (International Mobile Telecommunications, IMT) werden unter dem Titel IMT-2020 zusammengefasst. Und auch das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ist eng mit 3GPP vernetzt, sodass die dort entwickelten Vorgaben in die internationale Normierung einfließen. Daher lohnt es sich, die Standardisierung direkt an der Quelle zu betrachten.

3GPP Release 15

Der Nachfolger von LTE heißt eigentlich New Radio (NR), doch diese Bezeichnung hat sich bislang nicht durchgesetzt. Stattdessen spricht jeder nur von 5G – dem Mobilfunk der fünften Generation.

Die ersten grundlegenden Spezifikationen bezüglich 5G NR sind im Standard-Release 15 festgelegt, das in drei Stufen abgeschlossen wurde. Mit Stufe 1, verabschiedet im Sommer 2018, wurde 5G Non-Standalone (5G NSA) definiert. Dies ermöglicht 5G-Services auf Basis einer LTE-Infrastruktur. Alle derzeit aktiven 5G-Netze basieren noch auf diesem Entwicklungsstand.

Ende 2018 folgte die Definition von 5G Standalone (5G SA), mit 5G-Sendetechnik und einem eigenen 5G-Network-Core. Voraussichtlich wird das erste „echte“ 5G-Netz in Kürze in China live gehen. Vervollständigt wurde Release 15 im Juni 2019 mit den Festlegungen zu Migrations-Architekturen, die es Mobilfunkprovidern ermöglichen, einen geordneten Wechsel vom LTE- zum 5G-Netz zu vollziehen.

Schon mit Release 15 ist neben der deutlichen Ausweitung der Bandbreite auf deutlich über 1 Gbit/s eine Reduzierung der Latenz auf unter 10 ms möglich. Insbesondere eMBB-Anwendungen (Enhanced Mobile Broadband) sind bereits mit dieser Entwicklungsstufe möglich.

3GPP Release 16

Der nächste Entwicklungsschritt ist derzeit in Arbeit. Die Festlegungen zum physikalischen Layer sollen bis März 2020 abgeschlossen werden, die Protokoll-Spezifikationen gemäß Abstract Syntax Notation One (ASN.1) bis Juni 2020. Der Fokus liegt zum einen auf der Weiterentwicklung gemäß den Anforderungen vertikaler Märkte, zum anderen in der Optimierung der Systemarchitektur, beispielsweise zur Verringerung des Energiebedarfs und der weiteren Verbesserung der MIMO-Antennentechnik. Release 16 wird extrem zuverlässige, latenzarme Verbindungen ermöglichen (URLLC: ultra-reliable, low-latency) und sogar drahtloses Time Sensitive Networking (TSN) umfassen. Industrial-Ethernet-Protokolle können also künftig in der drahtlosen Kommunikation eingesetzt werden. Profitieren werden alle zeitkritischen Prozesse, neben Echtzeitanwendungen in der Industrie-Automation unter anderem auch Telemedizin.

Für IoT-Anwendungen wesentlich ist die Erhöhung der Teilnehmerdichte und der effizienteren Netznutzung durch Erweiterungen der NOMA-Technologie (Non-Orthogonal Multiple Access). Ebenfalls neu hinzu kommt die Fahrzeugvernetzung 5G Vehicle to X (5g V2X) sowie die Nutzung von unlizenziertem Spektrum. Dies ermöglicht die Kommunikation von Fahrzeugen untereinander, wie beispielsweise beim LKW-Platooning, oder zwischen PKW und „smarten“ Verkehrszeichen wahlweise über das öffentliche 5G-Mobilfunknetz oder die Nutzung des 5-GHz-Bandes (5.875 bis 5.905 MHz für Sicherheitsanwendungen im Transportwesen bzw. Intelligent Transportation Systems, ITS).

Die Nutzung des unlizenzierten Spektrums ermöglicht auch in solchen Ländern private Netzwerke, die nicht wie Deutschland einen Teil des lizenzierten Spektrums für Campusnetze reserviert haben.

3GPP Release 17

Über die Ausgestaltung des übernächsten Entwicklungsschritts wird noch verhandelt. Aufgrund der zahlreichen Wünsche und Anforderungen sowie einiger Verzögerungen, die beispielsweise bei Release 16 mindestens drei Monate betragen, könnten einige Punkte nach hinten geschoben werden.

Ziemlich sicher dürfte die Erweiterung des 5G-Standards um Funktionen für eMTC (enhanced Machine Type Communications) sein, wie sie etwa in Smart-City-Anwendungen benötigt werden. Erwartet wird auch die Verbesserung von Positioning-Mechanismen, die etwa für Intralogistik-Aufgaben der Industrie, aber auch für das Autonome Fahren benötigt werden.

Die Festlegungen der Inhalte soll bis Ende 2019 erfolgen, die Spezifizierungsarbeit dürfte dann bis ins vierte Quartal 2021 hineinreichen.  Und wann kommen die Produkte? Nicht alle Anwendungen sind auf die Releases 16, 17 und folgende angewiesen. Mehr über kommende Produkte lesen Sie auch im Beitrag „Die Standardisierung von 5G kommt der Industrie entgegen“.

Community-Treff in Hannover im Oktober

Auf der 5G CMM Expo vom 8. – 10. Oktober auf dem Messegelände in Hannover kann der Besucher sich umfassend zum Thema 5G und Industrie informieren. Schwerpunktthemen sind beispielsweise technologische Entwicklungen, Standardisierung & Regulierung sowie Netzwerke. Während am Vormittag horizontal die jüngsten Entwicklungen und Lösungen rund um 5G thematisiert werden, werden die erwarteten 3000 Besucher zu den spezifischen Anforderungen und Lösungen ihrer Branchen in Break-Out-Sessions an den Nachmittagen zielgerichtet netzwerken. Das Spektrum wird dabei nahezu alle Industriezweige abdecken – von der Automobilindustrie, über die Luftfahrtindustrie, den Maschinenbau, die Logistik bis hin zu der Agrar- und den Prozessindustrien. 

Am zweiten Tag der Veranstaltung zieht sich das Thema der Standardisierung und Regulierung wie ein roter Faden durch die Plenumsvorträge des Vormittags. Und auch die anschließende Panel-Discussion von 12:15 bis 13:00 Uhr wird sich dementsprechend speziell diesen Fragestellungen widmen.

(Die Erstveröffentlichung dieses Beitrags erfolgte durch die Deutsche Messe.)