Welche Probleme kann 5G als Kontinuitätstechnologie lösen?

Der 4G-Ausbau der drei großen heimischen Betreiber ist in vollem Gange. Vor einigen Tagen wurde berichtet, dass die vorläufige technische Planung von 5G begonnen habe und Unternehmen wie Huawei begonnen hätten, in die Entwicklungsarbeit zu investieren. Als typische Kontinuitätstechnologie scheint die Einführung von 5G unvermeidlich, aber seine Notwendigkeit ist eine Diskussion wert.

Von der ersten Generation analoger drahtloser Kommunikationstechnologie bis hin zur aktuellen 4G-Technologie besteht die Grundidee der neuen Generation von Kommunikationstechnologie, die die vorherige Generation von Kommunikationstechnologie ersetzt, darin, eine immer höhere Effizienz bei der Spektrumsnutzung und niedrigere Kosten pro Anruf oder Datenübertragung zu erreichen.

Bei der ersten Generation der drahtlosen Kommunikationstechnologie handelt es sich um eine analoge Technologie, die Frequenzmultiplexverfahren verwendet, wobei die Effizienz der Spektrumnutzung sehr gering ist. Der ursprüngliche Zweck von GSM bestand darin, die analoge Technologie durch digitale Technologie zu ersetzen, die Qualität von Sprachanrufen zu verbessern, die Effizienz der Spektrumnutzung zu steigern und die Netzwerkkosten zu senken. GSM ist die derzeit erfolgreichste drahtlose Kommunikationstechnologie und ermöglicht globales Roaming. GSM löst hauptsächlich das Problem der Sprachanrufe, aber da die Nachfrage nach mobilen Daten steigt, wurde die Mobilfunktechnologie der dritten Generation (3G) vorgeschlagen. Das größte technische Merkmal der Kommunikationstechnologie der dritten Generation ist die Verwendung der Code Division Multiple Access-Technologie (CDMA). Da Länder auf der ganzen Welt die enormen Vorteile der Mobilkommunikationstechnologie erkannten, schlugen sie drei voneinander unabhängige Kommunikationstechnologien vor, was de facto zu einer Teilung des globalen 3G-Netzwerks führte. Globales Roaming ist weitaus weniger komfortabel als GSM. Während der Entwicklung von 3G wurden im Zuge der technologischen Weiterentwicklung mehrere Versionen vorgeschlagen. Die Datendienstrate hat zugenommen, aber aufgrund der Einschränkungen der CDMA-Technologie ist die Effizienz der Spektrumnutzung begrenzt und mit dem Aufkommen von 4G wurde ihre Entwicklung schließlich gestoppt.

Das 4G-Netzwerk ist ein auf Datendiensten basierendes Netzwerk und sein größter Vorteil ist die Verbesserung der Datenrate. Der größte technische Unterschied zu 3G ist die Einführung der OFDM-Kodierung, die die Effizienz der Spektrumnutzung erheblich verbessert hat. Darüber hinaus besteht der einzige Unterschied zwischen FDD und TDD in der Luftschnittstelle und sie können tatsächlich als eine Technologie betrachtet werden. 4G-Netzwerke unterstützen keine Sprachkanäle wie 2G/3G-Netzwerke. Sie können Sprachdienste unterstützen, nachdem sie die VoLTE-Technologie übernommen haben. Tatsächlich handelt es sich hierbei um ein IP-Telefon. Das Datenvolumen von Sprachdiensten ist im Vergleich zu Datendiensten sehr gering. Nach der Einführung von VoLTE kann man davon ausgehen, dass die Sprachdienstkapazität von 4G-Netzwerken nahezu unbegrenzt ist. Ähnlich wie bei der Analog-Digital-Umwandlung des GSM-Protokolls wird auch beim 4G-Protokoll ein ähnlicher Erfolg erwartet. Der größte Nachteil von 4G-Netzen ist die große Anzahl an weltweiten Frequenzbändern. Derzeit sind von 3GPP 44 4G-Frequenzbänder mit Frequenzen von 700 MHz bis 3,6 GHz zugeteilt. Dies macht das Terminaldesign sehr kompliziert. Beispielsweise müssen aktuelle inländische Mobiltelefone mit vollem Netzwerk GSM/CDMA/WCDMA/TDSCDMA/EVDO/TDD-LTE/FDD-LTE mit bis zu 17 Frequenzbändern unterstützen. Auch wenn so viele Frequenzbänder unterstützt werden, ist für globales Roaming immer noch die Nutzung des GSM-Netzes erforderlich.

Die erhöhte Datenrate des 4G-Netzwerks ist teilweise auf den Erwerb weiterer Spektrumressourcen zurückzuführen. Die von 4G unterstützte Frequenzbandbreite ist variabel und beträgt bis zu 20 MHz. Durch die Unterstützung großer Bandbreite und effizienter OFDM-Kodierung kann eine maximale Downloadrate von 150 Mbit/s gemäß CAT4-Standard erreicht werden. Die Carrier Aggregation (CA)-Funktion dient dazu, höhere Download-Geschwindigkeiten zu erreichen, wenn mehrere Trägerfrequenzen zusammenarbeiten. Auch hierdurch sollen durch die Nutzung eines breiteren Frequenzbandes höhere Geschwindigkeiten erreicht werden. Der Preis hierfür besteht darin, dass das Mobiltelefon mehrere HF-Empfangschips und Antennen unterstützen muss. Voraussetzung für die Nutzung eines so schnellen Netzes ist, dass der Nutzer der einzige ist, der das aktuelle Netz nutzt. Wenn mehrere Personen das Mobilfunknetz gemeinsam nutzen, werden die 150 Mbit/s geteilt, und je mehr Personen es nutzen, desto langsamer wird die Geschwindigkeit. Der Grund liegt in der Offenheit der Mobilfunknetze. Die Benutzer teilen sich das aktuelle Frequenzband und an Orten mit hoher Bevölkerungsdichte wird die Nutzung von 4G stark überlastet sein. Aufgrund dieser Eigenschaft können die Betreiber die Kosten auch nicht so weit senken, dass die Benutzer das Netz nach Belieben nutzen können, wie dies bei kabelgebundenen Netzwerken der Fall ist. Wenn beispielsweise eine Basisstation einen Abdeckungsradius von 300 Metern hat und 100 Personen gleichzeitig das Mobilfunknetz nutzen, um Videos anzusehen, ist das Netz extrem ausgelastet. In einem kabelgebundenen Netzwerk ist es kein Problem, wenn 1.000 Personen gleichzeitig Videos ansehen. Um das Problem dicht besiedelter Gebiete zu lösen, setzen die Betreiber derzeit auf die Mikrozellulartechnologie und erhöhen die Anzahl der Basisstationen in einem kleinen Gebiet. Die durch intelligente Antennen repräsentierte Technologie zur räumlichen Diversität ist noch nicht ausgereift. Bei dieser Technologie muss die Antenne in eine Richtung senden, und derzeit besteht keine Hoffnung, dieses Technologieproblem zu lösen.

Der Hauptzweck der 5G-Technologie besteht darin, die Datenkommunikationsrate zu erhöhen und gleichzeitig die Kosten für einzelne Datendienste zu senken. Die wichtigsten Technologien, die derzeit angekündigt werden, wie etwa dichter Netzausbau, Mehrantennen-Array-Technologie, Benutzerrate, Übertragungsleistung, Energieeffizienz und andere Schlüsseltechnologien, haben nichts mit 5G selbst zu tun und können im Rahmen von 4G gelöst werden. 5G muss das Problem der effizienten Spektrumnutzung lösen. Darüber hinaus bestehen die Probleme, die durch die Offenheit der Mobilfunknetze in 4G verursacht wurden, auch im 5G-Zeitalter noch fort. Die Kosten für die Bereitstellung eines dichten Netzwerks sind sehr hoch und es werden nur Punktprobleme gelöst, oberflächliche Probleme können damit nicht gelöst werden. Es gibt eine günstigere Lösung für das Punkteproblem: WLAN. Aus Kostengründen ist für WLAN keine aufwändige Infrastruktur wie Basisstationen und Netzzentren erforderlich. Die Entwicklungsgeschwindigkeit ist viel höher als bei der Mobilkommunikationstechnologie. Der 802.11ad-Standard kann bereits eine Kommunikationsgeschwindigkeit von 5 Gbit/s erreichen. Darüber hinaus war WLAN von Anfang an eine Punktlösung und es gibt kein oberflächliches Problem. Darüber hinaus ist die Bereitstellung weiterer Punkte aufgrund der geringen Kosten kein Problem.

Vereinfacht gesagt muss 5G eigentlich nur ein Problem lösen, nämlich das Problem des Ansehens von Videos unterwegs. Andere Vorteile, wie etwa globales Roaming, das durch einen einzigen Standard und ein vereinfachtes Terminaldesign ermöglicht wird, werden nicht realisiert, da die globalen Frequenzbänder nicht mehr einheitlich sind und programmierbare Filter nicht realisiert werden können. Da der 5G-Standard nur ein Problem lösen kann, stellt sich die Frage: Wird 5G kommen? Als typische Dauertechnologie wird 5G auf jeden Fall kommen. Die sogenannte kontinuierliche Technologie führt dazu, dass sich alle Unternehmen in diesem Kreis in einem Gefangenendilemma befinden. Wenn Sie es nicht können, können es andere. Wenn Sie schlecht abschneiden, werden andere Unternehmen Sie überholen, sodass Sie in der nachfolgenden kontinuierlichen Technologie nur Ihr Bestes geben können. Dieser Kreislauf kann nur durchbrochen werden, indem man ihn von außen zerstört. Dieser Kreis ist derzeit sehr stabil, da sich die Nachfrage der Nutzer nach Datendiensten auf kabelgebundene Netzwerke bezieht. Da die Benutzer mit kabelgebundenen Netzwerken noch nicht völlig zufrieden sind, besteht bei den Mobilfunknetzen noch größerer Entwicklungsspielraum. Um diesen Teufelskreis zu durchbrechen, ist es notwendig, die Anforderungen der Benutzer hinsichtlich Geschwindigkeit und Preis der Datenübertragung zu erfüllen, ohne allzu große Unannehmlichkeiten zu verursachen. Ich glaube, dass das kostenlose WLAN der Internetunternehmen diesen Kreislauf durchbrechen kann.

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