*36C3 Vorspannmusik*
Herald: Guten Morgen zusammen. Heute ist mir eine ganz besondere Freude, einen Talk
anzusagen, der so ein bisschen was erzählen wird über den 5G-Hype, warum er
vielleicht gerechtfertigt ist oder vielleicht auch nicht. Dafür freue ich
mich ganz besonders, unsere nächsten zwei Speaker anzusagen. Und auch, obwohl es
noch früh am Morgen ist, würde ich mich ganz besonders freuen, wenn ihr einen ganz
herzlichen Applaus für Peter und Heurekus. Dankeschön.
Peter: Schönen guten Morgen, wir sind Heurekus und Peter und wir möchten ein
bisschen was über 5G erzählen. 5G ist ja in aller Munde. Man braucht 5G unbedingt.
Wenn man allerdings den Begriff 5G verwendet, dann ist das eher so, wie in
der Bezeichnung Wald, wenn man einen gewissen Baum, 'nen einzelnen Baum
bezeichnen möchte. Meine Frage ist dann eigentlich immer, wenn jemand von 5G
redet: Was meint er eigentlich damit? Wir möchten heute so ein bisschen die
Hintergründe, was alles mit 5G möglich ist, ein bisschen vorstellen. Das ist unser
Talk heute. Der geht um folgende Sachen. Heurekus: Genau, ich habe hier mal ein
Überblicksbild, über was wir heute eigentlich reden wollen. Über das 5G, das
es eigentlich tatsächlich schon gibt. Wir gehen dann nachher noch genauer auf dieses
Übersichtsbild ein. Das ist das Netzwerk, so wie es dasteht, die schwarzen Teile:
Das ist das LTE-Netzwerk, das heute schon gibt. Und dann die orangenen Teile: Das
sind die, die neu dazukommen. Kann man hauptsächlich sehen, dass es im Radio
Access kommt ein neuer 5G-Teil dazu, der an den 4G-Teil mit dran gemacht wird. Und
noch ein bisschen 'nen dickeren Backhaul und natürlich 5G-Endgeräte. Und wichtig
bei diesem 5G, das jetzt in der Praxis dann auch schon da ist, ist, dass es ist
immer zusammen mit 4G sein muss. Es kann nicht alleine für sich stehen. Darum
heisst das Ding auch 5G new radio non- standalone architecture und die Leute bei
der Standardisierung sind dann mit diesem super netten Akronym NSA aufgetaucht. Es
geht mir ziemlich schwer über die Lippen. Muss man sich erst einmal dran gewöhnen.
Und naja, während ihr euch da dran gewöhnt, erzählt jetzt der Peter mal ein
bisschen was über die eigentlich wichtigste Schnittstelle im
Mobilfunknetzwerk, die sogenannte Luft- Schnittstelle, auf Englisch auch air
interface genannt. Peter. Peter: Das 5G air interface oder 4G nach
5G air interface. Ich fange mit 4G an, weil 5G ist eigentlich nur eine sehr
komplizierte 4G Luft-Schnittstelle. Und da fange ich mit den einfachsten Sachen an
mit: Wie kriege ich Daten auf eine Funkschnittstelle? Wie kann ich dort
übertragen? Man benutzt jetzt dafür einen Träger. Idealerweise schaltet man diesen
aus und an und diesen - bei dem Aus- und Anschalten verändert man die Amplitude und
die Phasenlage. Das kann man machen in 4 verschiedenen Phasenzuständen. Das wird
dann die QPSK-Modulation bis hin zu 250 Zuständen, Phasen und Amplitudenzuständen,
die man erreichen kann mit 256QAM. Der ist jetzt bei 5G standardmässig mit drin, bei
LTE gibt's den nur jetzt in den letzten Releases und noch nicht jede Hardware
unterstützt den. Wenn ich jetzt so einen Haufen subcarrier habe oder Haufen
einzelne Träger, dann muss ich die in irgendeiner Form mit Daten füttern und
jeder Träger kriegt dann über so nen serial-to-parallel Converter einen Teil
der Daten und dann werden die über die Luft geschickt. Jetzt gibt's aber mit
diesen subcarriern ein kleines Problem. Wenn ich zu viele oder sehr viele Träger,
Funkträger auf eine Luft-Schnittstelle mache, dann haben die immer wieder
Nebenaussendungen, also so Frequenzbereiche, die neben den
Nutzträgern verwendet werden und oder mit Leistung beaufschlagt werden. Und das
kommt davon, weil man diese subcarrier ja aus- und einschaltet oder den Träger aus-
und einschaltet, wenn das dann seine Phasenlage ändert, dann gibt es die
Nebenaussendung. Gott sei Dank werden wir dann bei LTE oder bei 5G alle mit der
gleichen Symbolzeit geschaltet, sodass alle Nebeaussendungen im Prinzip gleich
sind. Und wenn ich die dann günstig zusammenstelle, dann fallen die Maxima von
den subcarriern immer in ein Minima von allen anderen Nebenaussendungen. Das kann
man dann auch ausrechnen. Dieses subcarrier spacing Delta f. Das ist dann
k, also am besten 1 durch die Symbolzeit. Bei LTE sind das dann 15 Kilohertz subcarrier
spacing, also die subcarrier haben 15 Kilohertz Abstand. Und das ergibt dann
eine Symbolzeit von von 66 Mikrosekunden, also alle 66,7 Mikrosekunden wird dieser,
werden die subcarrier heruntergefahren und kommen mit einer neuen Information wieder
hoch. Das ist bei 5G im Prinzip auch so. Nur dass man dort das subcarrier spacing
auch variabel hat. Man muss sich dann nicht an 15 Kilohertz halten, sondern kann
dann noch 30, 60 und 120 Kilohertz nehmen. Warum man das macht, kommen wir noch zu.
Es gibt da noch so eine Symbolzeit, also das Symbol ist ja eine gewisse Zeit in der
Luft. 66 Mikrosekunden. Und bei Makrozellen kommt es dann halt vor, dass
ein Stück der Information über eine Reflektion kommt und vielleicht mit
gleicher Feldstärke ein direktes Signal einlegt und mit der guard period schmeisst
oder die guard period das definiert. Und ein Endgerät würde also Signale, die in
dieser Zeit ankommen, einfach ignorieren und wegschmeissen. Wir benutzen für diese
Übertragung OFDM, eigentlich OFDMA. OFDM gibts schon lange, das Bluetooth oder
WLAN, WiFi arbeitet damit. Allerdings mit einer Einschränkung: Wir haben immer alle
subcarrier für einen Kunden oder für ein Endgerät getestet. Wenn das Endgerät
bedient ist, kommt das nächste Endgerät dran. Mit LTE benutzt man dann Orthogonal
Frequency Division Multiple Access. Und damit lässt man halt ein paar subcarrier
weg, man lässt Pausen oder weist die verschiedenen Nutzern zu. Das ist ein
bisschen schwieriger zu rechnen als wie so eine einfache OFDM-Geschichte, die ist
relativ einfach zu rechnen. OFDMA ist eine komplexe Rechnerei. So und dann haben wir
halt OFDMA irgendwann auf der Luft. Und einen Haufen subcarrier. Jetzt haben wir
bei LTE mit 20 Megahertz Bandbreite haben wir etwa 1200 subcarrier. Wenn ich jetzt
dem Kunden sagen würde, pass auf, in diesem subcarrier ist Information für dich, dann
signalisiere ich mich zu Tode und deswegen hat man die in Resource Blöcke eingeteilt.
Das sind immer 12 subcarrier über die Frequenz und 7 Symbole. Bei LTE ist das
dann eine halbe Millisekunde. Bei 5G können das dann halt 12 subcarrier sein,
wenn die allerdings 30 Kilohertz subcarrier spacing haben, dann wird der
Block länger und die Zeit dafür kürzer. Gucken wir uns aber auch noch im Detail
an. Eine ganz tolle Erfindung sind die Referenzsignale. Es treten immer wieder
subcarrier raus aus diesem Verbund von Zeit und Frequenz geht das quasi jetzt
auch in den Raum. Diese Referenzsignale tragen aufgrund ihrer Position, wo sie
denn stehen, die physikalische Cell Identifyer Nummer von dem eNode-B/gNode-B
und aufgrund ihrer Sendeleistung oder aufgrund ihres Pegels kann das Endgerät damit dann
messen, wie stark diese eNode-B ist. Die Referenzsignale werden so mit 15 bis
18 DBM Sendeleistung gesendet. Das kommt einem ziemlich wenig vor. Aber die
Referenzsignale sind ja nicht alleine, sondern wenn alles abgetastet ist, sind
das ja dann 1.200 bei einem 20-Megahertz- LTE-System und ein Empfänger. Für'n
schmalbändiger Empfänger kann erheblich empfindlicher sein als wie ein
breitbändiger Empfänger. Also bei GSM z.B. haben wir 120, ne, 150 Kilohertz, 200
Kilohertz Kanalbandbreite. Und hier haben wir für einen Subcarrier 15 Kilohertz. Das
heißt, der Empfänger ist schmaler und damit empfindlicher. Wir können also
runtergehen bis etwa... unter -120 DBM Empfänger-Empfindlichkeit für so'n
Referenzsignal. Das wäre jetzt mal so'n paar Ressource-Blöcke aneinandergebaut,
ein Ressource Grid von LTE, und zwar in diesem Fall das kleinste LTE-System, was
es gibt, 1,4 Megahertz Bandbreite, 6 Ressource-Blöcke. Da erkennt man die
Ressource-Blöcke, das sind die Kästchen und man erkennt so'n paar bunte Farben.
Die eine bunte Farbe ist Grün, das ist der Broadcast Channel. Da steht drin, wie die
Zelle heißt und so'n paar Parameter für die ersten Zugriffe, die so'n Endgerät auf so
'ne Zelle macht. Und den gibts jetzt bei 5G "non standalone" noch nicht in dieser
Form. Zumal, man weiß auch nicht, wo er liegt, weil man kann ihn überall hinlegen,
macht der Martin aber gleich noch was dazu. Und Synchron-Kanäle, also die
orangenen und die roten, das sind die Synchron-Elemente, wo sich das Endgerät
darauf synchronisiert. Der graue Bereich, das ist der Bereich, wo dem Endgerät, was
gerade 'nen offenen Flow hat, gesagt wird, in welchem der weißen Blöcke die
Daten zu suchen sind. Ja, der graue Bereich ist die Adressierung für die
Ressourcen, die ein Endgerät sich anschauen soll. Wenn man das Ganze dann
ein bisschen größer macht, guckt sich ein 20 Megahertz breites System an, dann sind
diese Ressource-Blöcke schon ziemlich plattgedrückt, sind dann über die Frequenz
100 an der Zahl. Die Zeit, die wir auftragen, sind 10 Millisekunden, also
alle 10 Millisekunden. wiederholt sich das. Im Prinzip ist das schon jetzt LTE
gewesen. Ja, es gibt zwar noch einen gewissen Advanced Standard. Gibts da noch
Möglichkeiten wie Multimedia Boradcast, Multicast Services, Radio und Fernsehen
über LTE-Positionierung, Public Warning System und noch so ein paar Kleinigkeiten.
Hab aber so das Gefühl, dass LTE Advanced jetzt von 5G überholt wird, weil diese
Dinge sind in 5G im Prinzip auch mit drin, man muss nur bauen. Wenn ich jetzt wieder
mal so'n Ressource Block nehme, dann kann ich da auch die maximale
Datengeschwindigkeit ausrechnen. Es ist nicht so schwierig. Man hat in diesem
Rechteck 84 Elemente, also 7 mal 12 sind 84. Vier davon sind immer Referenzsignale.
Also bleiben 80 übrig, die ich für'n Traffic benutzen kann, und wenn ich die
dann... jeden dieser Subcarrier moduliere, kann ich das tun mit QPSK, 16 QAM, 64 QAM
oder 256. Also jeder dieser Subcarrier kann tragen zwei bis acht Nutzbit. Und
damit könnte man jetzt zum Beispiel ausrechnen... Wenn ich diese 64 QAM-
Modulation benutze, dann hab' ich das über die Zeit... Wenn ich also ein so'n
Streifen nehme mit 12 Subcarrier über die Zeit, dann gibt es ungefähr 960 Kilobit
pro Sekunde... Sorry... Genau... 256 Kilobit pro Sekunde mal 100. Ja, weil ich
hab ja 100 von diesen Subcarriern, von diesen Ressource-Blöcken
übereinanderliegen. Dann käme ich da auf 'ne Geschwindigkeit von rundrum 960
Kilobit. Quatsch. 96 Megabit. Entschuldigung. Also etwa 100 Megabit. Das
ist jetzt nur einer von x MIMO-Kanälen. Wenn jetzt noch 'n MIMO draufkommt, dann
wird jetzt die Datenübertragungsrate nicht doppelt so hoch. So im Faktor 1,6 kann man
da rechnen. Aber so kommt man zum Beispiel auf 'ne maximale Datengeschwindigkeit, die
ich mit so 'nem System machen kann. MIMO ist im Prinzip die Übertragung von
verschiedenen Datenströmen zur gleichen Zeit auf der gleichen Frequenz. Wenn man
so 'nen Astra-Satelliten betrachtet, dann ist es im Prinzip MIMO mit vertikaler und
horizontaler Polarisation. Letztendlich machen wir das auch im Mobilfunk... Ist
das schon ein bisschen mutig, weil der Kunde kann sich ja bewegen. Das heißt, die
Verhältnisse können sich ständig ändern. Es werden halt jede Millisekunde
Measurement Reports geliefert und dann wird entschieden, ob wir MIMO machen und
wie wir MIMO machen. Das Ganze geht dann hoch bis vier mal vier MIMO, über vier
Antennen eben. Dazu muss das Endgerät natürlich dannauch vier Empfangsantennen
haben, die räumlich getrennt sind, damit man dort vier, möglicherweise vier
verschiedene Datenströme zur gleichen Zeit auf der gleichen Frequenz machen kann. Das
gibt jetzt nicht die vierfache Menge, das sind so etwa 3,2- bis 3,4-fach, was man
maximal erreichen kann, wenn man so in der Speed-Test-Position sich befindet vor der
Antenne, ja. So, jetzt haben wir 4G durch. Jetzt haben wir die Basis dafür, die
Begriffe, die wir haben. Wir machen nämlich gleich noch was mit Ressource-
Blöcken und Subcarrier Spacings. Wo liegt jetzt eigentlich das Problem bei 4G? Ja,
wir haben da nur 20 Megahertz Carrier- Bandbreite definiert. Man kann die zwar
mit Carrier Aggregation verschiedene Frequenzbänder zusammensetzen, aber
letztendlich kann 'n zusammenhängender Carrier maximal 20 Megahertz sein. Dann
hab ich nur "Kartoffelzellen", ich habe es mal so getauft. Also wenn jemand, wenn ein
Kunde in der Zelle Traffic macht, dann ist es der Zelle egal, wo er steht. Das heißt,
die Signale werden in die gesamte Zelle runtergesendet, was natürlich dazu führt,
dass ich möglicherweise eine größere Interferenzbelastung habe...ja... mit
Nachbarzellen. Die Idle-to-active-Zeit ist immer 100 Millisekunden. Also für so'n
Endgerät ist es immer nötig, dass es sich schlafen legt... Ja... Einen Empfänger
anhaben kostet Strom und diese Idle-to- active-Zeit mit 100 Millisekunden
bedeutet, ich kann mich 99 Millisekunden hinlegen und schlafen und muss mindestens
eine Millisekunde den Empfänger anhaben. Das ist jetzt .. Bei 5G kann man das
verändern. Und die Ping-Zeit kann auch nicht schneller als so 10 bis 17
Millisekunden sein. Das liegt einfach an der Struktur. 5G bietet jetzt eine ganze
Reihe von Möglichkeiten. Also 5G ist ein wirklich kompliziertes 4G mit ein Haufen
Möglichkeiten. Diese Möglichkeiten.. die sind so gestrickt, dass man sich
letztendlich, wenn jemand 'ne Idee hat, was man so mit 5G machen kann, ja mit so'm IoT
oder irgendwas. Dann muss man sich einen Endgeräte-Hersteller suchen, der sich dann
ausdenkt, was für ein Endgerät man braucht... hier Toaster mit was weiß
ich... wenn 'n Toast fertig ist kommt auf der App dann das Signal... Und dann
brauche ich eben den Endgeräte-Hersteller. Ich brauch 'n Systemtechnik-Hersteller,
der das dann in seine Technik implementiert dieses Feature. Und ich
brauche noch 'n Netzbetreiber, der dann auch das möglicherweise Core Net dazu
baut. Und die müssen sich unterhalten... Das ist so die Struktur von 5G, wie für
Features, die es jetzt noch gar nicht gibt. Dann 100 Megahertz Carrier haben wir
möglich, also für kleiner 6 Gigahertz, größer 6 Gigahertz könnte man sogar größere Carrier
machen, Beamforming, Multi-User-MIMO machen wir noch, Idle-to-active-Zeit kann
aufgrund der Anforderungen verändern. Wenn ich Low-Latency-Sachen machen möchte, dann
wäre da natürlich eine Idle-to-active-Zeit von 100 Millisekunden zu lang. Wenn ich
aber jetzt so 'n Heizungsableser habe, da muss der nicht unbedingt für alle hundert
Millisekunden auf 'n Funkkanal gucken, ob er angerufen wird. Da reicht es, wenn er
das jede Stunde mal macht oder einmal am Tag. Ja, shorter Ping times sind möglich,
nicht garantiert. Das sind die Frequenzbänder, die es in Deutschland
gegeben hat, bisher. Band 3, Band 7, Band 8, Band 20. Das sind die klassischen, da
wird vorwiegend LTE drauf gemacht und auch um die Kapazität der LTE-Netze jetzt zu
erhöhen gibt's jetzt das Band n78 dazu (ja, der eine oder andere erinnert sich
noch an die Auktion), was jetzt zusätzlich zur Verfügung steht. Und aufgrund der
hohen Frequenz, die Antennen werden dann kleiner (ja, da kann man noch ein bisschen
HIVE-mäßig mit spielen, kommt gleich). Für die höheren Frequenzen, bei 5G habe ich
schon gesagt, kann man die Subcarrier breiter machen. Wenn ich die Subcarrier
aber breiter mache, muss es sie schneller tasten. Manchmal kommt dann der Eindruck
auf, ich hab' da irgendwie mehr Ressourcen pro Zeit. Das stimmt aber nicht. Ich hab'
die mal gelb markiert. Also 5 Kilohertz mit 15 Kilohertz Subcarrier über die Zeit
gibt dann den gelben Block, wie bei n78 eben 30 Kilohertz Subcarrier Spacings. Die
Subcarrier sind breiter, werden aber schneller getastet. Ja also, die Elemente
pro Zeiteinheit sind immer noch die gleichen, also wie bei LTE, bei 4G. Ihr
habt vorhin das Ressource Grid von 4G gesehen. Das war relativ aufgeräumt. Das
ist ein Ressource Grid von 5G. Das ist jetzt dann nicht mehr so aufgeräumt. Es
wird also erheblich komplizierter. Das Rosafarbene, das sind die SSBs. Das ist
die brauch man für die Beams. Da kommen wir gleich zu. Und das Blaue, das sind die
physical… Sch… Ne, was ist der? Jetzt muss ich die Brille aufziehen… PDSCH, der
Shared Channel, Broadcast Channel kann man auch unterbringen. Das sehen jetzt dann
auch noch zwei Beams, die ich dort aufgemalt habe. Es ist relativ
kompliziert. Man kann das Ganze noch viel komplizierter machen, indem man
reinzeichnen würde, welche Ressourcen belegt würden für Multimedia Broadcast,
also Radio, Fernsehen, was für Positionierung über 5G, also so'n GPS,
aber dann inhouse auf 5G basierend und so weiter, was man da alles reintun könnte.
Das sparen wir uns. Wir guckenn jetzt erst mal kurz nach der Datenrate. Die Datenrate
ist abhängig von der Position des Kunden. Der Kunde hat ein Endgerät. Das Endgerät
rauscht. Das ist so unten das Rauschen, was man auf dem Bild sieht. Und je
schlechter die Feldstärke wird, umso schlechter wird das Signal-Rausch-
Verhältnis bei dem Endgerät vom Kunden. Und wenn ich eine hohe Datenrate haben
möchte, brauch ich ein super Signal- Rausch-Verhältnis. Das heißt, der Kunde,
der muss sein Endgerät schon mal vor die Antenne halten. Da kann ich dann 256 QAM
machen. Beim Runterschalten lassen wir uns da sehr viel, ja, sehr viel Fehler zu, die
wir korrigieren. Also Fehler liegen dann so etwa über 50 Prozent und dann schalten
wir dann runter auf 64 QAM mit dem größer werdenden Abstand des Kunden von der
Antenne. Und damit geben sich dann auch irgendwelche Datenraten raus. Also die hab
ich mal versucht für verschiedene Szenarien in dieser Tabelle aufzutragen.
Das Auffälligste ist ganz unten dieser orangefarbene 2,23 Gigabit. Das ist so das
Maximalste, was man theoretisch mit 5G auf einem Band n78 hinbekommen würde. Bei vier
mal vier MIMO und unter Ausblendung sämtlicher physikalischer
Gesetzmäßigkeiten. Es gibt da ein paar realistische Datenraten. Zum einen haben
die Betreiber in Deutschland da keine 100 Megahertz, sondern maximal 90. Das
reduziert dann schon ein bisschen die Datenrate. Und wir können noch nicht
überall vier mal vier MIMO ideal machen. Und da kommen wir dann in die Gegenden, wo
es da so ein bisschen hellgelb wird. Ja. Und für die ganz letzte Spalte, zwei mal
zwei MIMO normale Nutzung, Low Traffic (ich teile mir ja die Kapazität in der
Zelle so ein bisschen mit den anderen Kunden), da kommen wir dann (ausprobiert
haben wir's noch nicht) auf so 500 Megabit, die der Kunde tatsächlich erlebt
oder erleben kann, unter gewissen Voraussetzungen. Also die Datenrate ist
nicht garantiert, sondern hängt von 1.000 Faktoren ab. Das ist dem Martin seine
Folie... Weil das... Martin: Ja, ich hab da mal 'ne Folie
gemacht, was dann eigentlich in der Praxis rauskommt, weil der Peter hat so 'n
bisschen eine Allergie gegen Speed Tests. Also hab' ich gesagt: Ok, mach ich die
Folie. Was kommt dabei so raus? Du hast ja gesagt 2,2, 2,3 Gigabit, wenn man so'n
100-Megahertz-Kanal nimmt und wirklich alles super optimal ist... Und da 5G ja
nie alleine steht, sondern noch bei LTE mit dazugenommen wird... Und da kann man
auch, wenn man wirklich alles super super ausbaut, kommt man auch noch 'n Gigabit
pro Sekunde dazu. In der Praxis, was ich selber schon gesehen habe, und wenn man
sich sehr geschickt hinstellt, kommt bei mir so etwa 1,3 1,4 Gigabit pro Sekunde
aus so 'nem 90-Megahertz-Kanal 5G plus LTE raus. Aber für mich ist das recht sinnlos,
das nur auf einem Endgerät halt zu haben. Die Zelle war leer, logischerweise. Aber
das ist die Kapazität, die für alle zur Verfügung steht, die man sich dann teilen
kann. Und um das mal ein bisschen ins Verhältnis zu setzen, ich hab' mal
geguckt, was hier auf dem Kongress das ganze Wifi hier im Down Link macht. Es
macht in der Spitze im Moment mit etwa 10.000 Geräten drei Gigabit pro Sekunde.
Ja und hier haben wir 'n Kanal, wo 1,3 Gigabit pro Sekunde kann. Er kann
vielleicht keine 10.000 Kanäle, aber es ist schon mal 'ne Indikation, wo wir uns
mit 5G hinbewegen. Ist schon gar nicht so schlecht.
Peter: Gut. Gucken wir weiter nach dem Band n78, wo ja der Speed gemacht wird.
Wir haben dort TDD-System. Man unterscheidet zwischen FDD- und TDD-
Systemen. FDD-System heißt, dass der Uplink, also da, wo die Geräte senden, 'n
anderen Frequenzbereich benutzt als wie der Downlink. Das sind im Prinzip alle
Bänder, die zwischen 700 und 2,6 Gigahertz, wobei das 1.500er-Band keinen
Uplink hat. Es geht nicht, dass ein Endgerät in dieser Größe auf 1.500 sendet
und gleich nebenan im Endgerät ist der GPS-Empfänger oder der Empfänger von
Positions-Satelliten, die laufen auf einer ähnlichen Frequenz. Deswegen gibts keinen
Uplink bei 1.500. TDD, das ist Band n78. Wenn wir TDD machen, müssen wir auf der
gleichen Frequenz senden und empfangen, also abwechselnd, so wie DECT halt. Nur
die Idee ist, dass man, wenn man TDD macht, dass man diese Ressource,
Downlink/Uplink, auch verändern kann. Wenn viel Downlink ist, mach ich halt viel
Downlink, und wenn viel Uplink ist, dann vergrößere ich das mit dem Uplink. Ja,
theoretisch ja. Das wäre jetzt mal so 'ne Struktur. Wir haben halt so nur Downlink
Slots. Dann haben wir 'n Slot, der Special Slot ist. Da ist dann ein bisschen Uplink
dabei. Dann haben wir Uplink Slots. Also das Ganze ist ein bisschen, ja, es gibt da
einen Haufen Spezifikationen, wie diese Uplink-Downlink-Aufteilung gemacht werden
kann. Jetzt könnte man sich denken: Klasse, kann man ja den Traffic dynamisch
sharen. Ne, eben nicht, weil wir haben ja nicht nur einen Netzbetreiber im Land,
sondern es sind mehrere Netzbetreiber. Und jetzt wirds nämlich schwierig, wenn ich
auf einem Turm zwei Antennen habe von zwei verschiedenen Netzbetreibern. Die sind
zwar auf verschiedenen Frequenzen, aber im 3,6-Gigahertzbereich doch sehr nah
beieinander. Wenn die eine Antenne senden würde und die andere Antenne würde ein
paar Megahertz drüber oder tiefer bereits empfangen, ja, dann würde die es noch
sendendende Antenne von dem anderen Betreiber, den Empfang des zweiten
Betreibers stören. Deswegen ist es eigentlich nötig, dass alle Netzbetreiber
bei 5G, also bei Band n78 mit exakt dem gleichen, mit der exakt gleichen Uplink-
Downlink-Struktur fahren und auch phasengleich sind. Das bedeutet, dass ich
die Stationen GPS-angebunden haben muss. Das kommt jetzt erschwerend hinzu. Kein
Betreiber kann das so machen, was er will, weil sonst geht da nichts mehr. Auf der
anderen Seite mit den Endgeräten ist das ähnlich. Ja, wenn ich also ein Endgerät
habe, das orange, was ziemlich nah an einem Sender ist und das andere hat einen
relativ schwachen Pegel, dann kann, wenn das orange Endgerät sendet, ja, das grüne
damit übersteuert werden, wenn die zusammen auf dem Tisch liegen. Das heißt,
die Empfänger werden da gestört. Deswegen müssen also solche Netze synchron gefahren
werden. Das ist so 'ne 5G-Antenne. Da sind 'n paar Glasfaser-Anschlüsse drauf, wo
die... da kommt noch kein IP raus. Das ist so'n HF-Protokoll, sidebreed, da ist
also die Funkschnittstelle drauf. Hier sind die Antennen, das sind kleine runde,
das sind diese aktiven Antennchen. Das sind dann auch Sender-Empfänger, auch
gleich dahinter, damit die phasenmäßig angesteuert werden können. Hier sind sie
nochmal. So, und wie kriege ich das jetzt hin mit so 'nem Beam? Oder wie kann
ich diese Antenne dazu benutzen, halt in eine gewisse Richtung zu senden und zu
empfangen? Das kriege ich hin mit Phasenverschiebung. Bei klassischen
Antennen macht man das schon mit elektrischer Absenkungen, indem ich für
ein Antennensystem ein Kabelstück ein bisschen länger, ein bisschen kürzer
mache, dafür das andere ein bisschen länger und zwei Antennenelemente damit
beaufschlage und dann gibt's eine... ja... eine Biegung, eine... ja... ein
resultierendes Funkfeld, was eine gewisse Richtung hat. Das Ganze kann ich dann auch
machen mit so 'ner massive MIMO-Antenne mit ganz vielen Elementen da drin, wobei
der Phasenschieber-Bereich jetzt bereits in der HF-Einheit sitzt, die hinter diesen
Elementen sitzen. Das Ganze mit den Beams sieht man hier, da haben wir einen
Synchronisation Signal Block SSB des bei diesem n78-Band in der Mitte - der war mal
am Rand, jetzt ist er in der Mitte - und der besteht aus 'n paar Elementen. Und
wenn ich jetzt mehrere Beams strahlen möchte, dann nehme ich mehrere SSB Blocks,
die in ihrer Phaseninformation immer sich variieren. Also wir leuchten quasi wie ein
Leuchtturm mit kurzen SSB Blöcken in der Gegend rum. Unten sieht man z.B. ein
Spektrum, das ist ein Sirus-Band Spektrum über die Zeit. Da sieht man, wie die Beams
verschiedene Stärken haben. Und das Ganze ist dann so innerhalb, nach zwei
Millisekunden ist das Ganze rum. Dann haben wir acht Beams gesendet, und das
Endgerät kann die detektieren. In dem Beam steht eine Nummer drin, und wenn ich
Verbindungsaufbau nachher mache, dann kann der gNode-Beam mit
dieser Nummer etwas anfangen und schon mal so ungefähr in diese Richtung senden. Und
das ist jetzt der Verbindungsaufbau, so ein bisschen auf der Luft. Endgerät
berichtet: Ich bin in diesem Static-Beam drin. Dann sagt der gNode-B: Okay, ich
nehme 'n Traffic Beam, der in diese Richtung auch leuchtet. Und dann schauen
wir mal. Ich biete dir noch ein paar andere Traffic-Beames immer mal wieder zum
Messen an, so ganz kurze Impulse in dieser Phasenlage. Und dann berichtest du mir
immer welchen von diesen Traffic-Beams du am besten hörst. Also wir orten nicht das
Endgerät irgendwie über die Phase, sondern das Endgerät reported welcher von diesen
Beams, der angeboten wird, der Beste ist. Wir machen auch kein hand-over, denn in
dieser, denn wir sind ja in der gleichen Zelle, sondern die Sender nimmt, die
Sender und auch Empfänger, die verändern einfach ihre Phasenlage. Ansonsten ändert
sich nichts. Also natürlich über die gesamte Antenne. Man kann damit auch dann
zweimal zwei MIMO oder sogar viermal vier MIMO mehr machen, die nehmen halt ein Teil
der Antennenelemente auf den einen MIMO- Kanal und anderen Teil die anderen MIMO-
Kanäle macht. Ein Vorteil bei diesen Beams ist; es ist relativ sauber in der Zelle,
und ich hab den Traffic ja nur da, wo auch das Ziel sitzt, und hab damit keine
weitere Interferenz-Belastung in der Zelle, kann also diese ... ja ... Kunden,
die dort sitzen, mit anderen Zellen erheblich besser versorgen, sauberer
versorgen, als wie's mit 4G nötig war. Jetzt gibt's auch massive MIMO Antennen
mit nem Kabel dran. Jetzt muss man natürlich die Phasenlagen der
Antennenkabel ausmessen. Das tut man mit einer Phasenkorrekturrückkopplung. Also an
der Antenne sieht man manchmal so Bilder; acht Kabel dran. Ist dann unten drin so
ein kleiner Phasenkoppler und dieser Phasenkoppler macht eine Rückkopplung
runder zum Radio, dass es die Phasenlage der einzelnen Kabel ausmessen kann. Mit 5G
ist dann noch 'n single user MIMO möglich - ne, das ist auch schon bei LTE möglich -
also ein user-Equipment kriegt Daten über verschiedene Antennenebenen, aber auch
Multi-user-MIMO ist möglich. Da freut sich der Netzbetreiber, weil die Effizienz des
Netzes damit gesteigert wird. Mit dem einen Kanal bediene ich ein Endgerät und
mit dem anderen MIMO-Kanal, mit der anderen Endgerät, auf der gleichen
Frequenz zur gleichen Zeit, ein zweites Endgerät. das geht im Uplink und auch im
Downlink. So, was haben wir mit 5G Antennen zu messen? Die passiven Antennen,
kann ich die normale Antennenmessung machen. Die aktiven Antennen - ist ein
bisschen schwieriger, weil ich hab ja keine Schnittstelle. Ich kann ja da nicht
so ein Antennenelement abschrauben und dann ein Messgerät drin machen, sondern
das müsste, also die Systemtechnik selbst muss dann im Prinzip für jedes
Antennenelement sorgen; was hat es, ist es noch da, hat es, ist es vielleicht nass,
oder halt es schlechte Anpassung, hat es ne Inner-Modulation, ist ne Uplink-Störungen
drauf? Das muss Systemtechnik machen. Ich kann allenfalls mit nem Messgerät, wo die
Beams anzeigen kann - im Vortrag waren welche drin, so Ansatzweise mit so Beams -
kann ich vor der 5G Antenne herumfahren und gucken, ob die statischen Beams auch
dahin leuchten, wo sie hinleuchten sollen. Und dann gehe ich davon aus, dass die
Antenne nicht komplett kaputt ist, und die GVM messen, usw. So, das war die
physikalische Layer. Jetzt geht es in Gegenden, die nicht mehr physikalische
Luftlöcher sind; die Netzarchitektur. Heurekus: Genau so. Ich habe ein paar
Slides gebaut über den ganzen Rest, was hinter der Antenne dran ist, an so nem
Netzwerk. Jetzt wieder die Slide von vorher mit der bösen NSA Abkürzung da
vorne dran. Das sind die ganzen Komponenten, die heute in nem 5G Netzwerk
drin sind, und eben die ganzen schwarzen Komponenten, die werden, die sind heute
schon da für LTE. Und die orangenen, das ist das was für 5G so wie's heut ausgebaut
wird dazukommt. Perspektivisch sollen alle schwarzen Komponenten mit neuen 5G
Komponenten ersetzt werden, aber so sieht es im Moment aus. Ich habe in der Mitte
von dem Slide, da ist das Core Netzwerk. Und das ist aufgeteilt in zwei Hälften,
logisch gesehen: Ich habe die eine Hälfte, die die Nutzdaten transportiert. Das ist
die sogenannte User Plane, und die ist mit dem Internet verbunden. Das wird über
Gateways gemacht. Sind ganz normale Router, wo eben spezielle Software drauf
ist, die mit dem Mobility im Mobilfunk Netzwerk noch ein bisschen umgehen können.
Und auf der linken Seite in der Mitte hab ich dann die Management Geschichten, die
Mobility Management entity. Die kümmert sich, wie der Name schon sagt, um die
Mobility und um das User Management. Und dazu hat sie eine Teilnehmerdatenbank, der
Home Subscriber Server ganz links. Und das ist ne Datenbank und jeder Teilnehmer
im Mobilfunknetzwerk hat da einen Eintrag drin: Welche Telefonnummer er hat, welche
Dienste er verwenden darf, und solche Dinge, seine Ciphering keys - die sind da
drin. Und das ganze ist aber IP basiert. also unterm Strich, das wird dann alles
wieder auf ein Kabel zusammengeführt und dann Richtung Radionetzwerk gesendet. Das
ist das Radio Access Network, das auch als RAN bezeichnet wird. Und dann über die
S1-Schnittstelle geht es dann zu den Standorten, zu den Mobilfunkstandorten.
Also etwa, na was haben wir so, 20.000 etwa, in Deutschland. Davon gibt's also
jede Menge während die Core-Netzwerk- Komponenten, das sind nicht so arg viele.
Was wir dann für 5G eben dazu brauchen, neben der 4G e-Node B. Keiner weiß, was
die Abkürzung genau bedeutet, aber dass ist der Radio Standort, macht man jetzt
noch eine Karte zusätzlich rein für den 5G Teil. Das ist dann der g-Node B. Die
funktionieren aber immer zusammen. Der LTE Teil ist immer der Master, und der 5G Teil
wird als Speed Booster dazugenommen. Das ist dann eben die sogenannte Non-Stand-
Alone Architecture, unterm Strich, weil es einfacher war, das mal so zu machen am
Anfang, und nicht 5G alleine stehen zu lassen, weil man einfach kann mal den
ganzen LTE Teil weiterverwenden, so als Master und man muss sich um die
Signalisierung nicht mehr so groß Gedanken machen, wie wenn es gleich Standalone
gewesen wäre. Ja, und dann braucht man noch ne bessere Anbindung als bisher an
den Base, an den Basisstationen, also die Radiostandorte nenne ich immer
Basisstation, wiel so war das mal bei GSM. Und was man da heute so typischerweise
hat, ist entweder eine Gigabit pro Sekunde Glasfaser oder einen Mikrowave-Link.
Glasfaser ist natürlich aber hübscher, für 5G reichts aber natürlich nicht mehr das
Gigabit, weil ich hab ja üblicherweise auch drei Sektoren und hab also dann
nochmal die dreifache Kapazität. Und deswegen kommt da üblicherweise dann heute
ein 10 Gigabit pro Sekunde Fiber Link zum Einsatz, da tauscht man halt vorne und
hinten aus. Die Fiber bleibt ja die gleiche. Okay. Dann habe ich hier mal so
ein paar Fluss-Diagramme gemacht, was eigentlich passiert in so einem
Mobilfunknetzwerk, wenn eine 4G und eine 5G Verbindung aufgebaut wird, so aus dem
Flugmodus raus, bis dann auch eine Internetverbindung steht. Sieht erst
einmal sehr kompliziert aus. Ist es wahrscheinlich auch. Aber der ganze
Prozess läuft in 100 Millisekunden ab, ist also superschnell. Ich hab ganz links des
UE, des User Equipment, das Endgerät des Smartphone oder was immer man da auch hat.
Dann der e-Node B, ist die 4G Basisstation die MME, also die Mobility Management
Entity im Core-Netzwerk, die HSS-Datenbank und dann die Gateways auf der rechten
Seite, die dann die Nutzdaten transportieren. Naja, also wenn ich aus
dem Flugmodus erstmal rausgehe, auch wenn ich ein 5G Endgerät habe, wird erstmal der
4G Teil alles gemacht, das Endgerät sucht sich dann die Broadcast-Informationen von
allen Stationen aus, die so in der Nähe sind, sucht sich dann die Beste aus und
macht dann eine sogenannte Random Access Prozedur, weil bei LTE und bei 5G ist es
deutlich anders als bei WiFi, wo jeder einfach mal guckt, ob er senden kann. Das
passiert hier nicht. Die Basisstation gibt ganz genau vor, wer wann zu welcher Zeit
Daten empfängt und auch Daten senden darf. Also das Endgerät kann nicht von sich
selber aus einfach mal los senden. Deswegen wird dann eine Zugriffs Prozedur
gemacht. Das Endgerät sagt: "Hey, ich brauche mal so einen kleinen Kanal, wo ich
dir mal schicken kann, wer ich bin." Das kommt dann über diese sogenannte RRC
Connection Setup Procedure. Da wird ein Attach Request geschickt vom Endgerät. Da
steht drin: "Okay, ich bin Endgerät, mit der ID sowieso, und ich möchte
Internetzugang haben." - man ein bisschen salopp gesagt. Die 4G Basisstation gibt es
dann ans Netzwerk weiter an die MME. Die sucht sich dann den Rekord aus der
Datenbank raus und startet dann eine Authentication and Ciphering Procedure.
Das heißt erst einmal authentifizieren - sicherstellen - es ist auch tatsächlich
das Endgerät das es sagt, dass es ist. Und wenn das dann sichergestellt ist, wird das
Ciphering eingeschaltet, damit man wenigstens nicht mehr so ganz trivial
abhören kann. Währenddessen das dann alles passiert, wird dann auch noch die Location
von dem Endgerät in die Datenbank reingeschrieben, oder zumindest mal die
Tracking Area, also so mal ein grober Aufenthalts-Bereich, weil wenn ich später
den Radio Kanal mal wegnehme, um Batterie zu sparen, obwohl ich die IP-Adresse noch
hab und dann kommt wieder ein IP-Paket, dann muss mich das Netzwerk irgendwie
finden können, also müsste man mal die ungefähre Location in die Datenbank
ablegen. Während das läuft wird auf der linken Seite dann noch die Capabilities
ausgetauscht vom Endgerät, weil je nachdem, wie altes Endgerät ist und wie
teuer es ist, kann das mehr oder weniger. Und diese Information wird dann nicht nur
bei der Basisstation beim 4G eNode-B gehalten, sondern auch an die MME
weitergegeben, weil je nachdem, wie viele Carrier das Ding bündeln kann, welche
Modulationen-Arten des beherrscht, kann dann halt mehr oder weniger schnell Daten
übertragen werden Dann noch rechts unten was gemacht wird, ist die MME holt sich
dann eine IP-Adresse für das Endgerät. Vom PDN Gateway, das ist das, was am Internet
dran sitzt, kriegt man dann üblicherweise eine IPv4-NAT-, also eine Private-IP-
Adresse zugeteilt. Ja, NAT ist natürlich schlecht, im Mobilfunk Netzwerk aber nicht
ganz so, weil dann hält man wenigstens so die ganzen Script-Kiddies ab, einem die
ganze Zeit die Batterie leer zu saugen. Ja, so am Schluss schickt die MME dann den
Initial Kontext Setup Request. Da steht dann die IP-Adresse drin, die wird dann
ans Endgerät weitergegeben, und es wird ein sogenannter Default Bearer aufgebaut.
Das ist, wenn man das vom Smartphone aussieht, ist das ein logisches Netzwerk-
Interface. Also wenn man bei Android z.B. ein ifconfig macht, dann sieht man dann
hübsch, wie da, wie ein neues IP-Interface da auftaucht. Da kann man auch mehrere
davon typischerweise auf einem Endgerät haben, weil ver-??? gibts auch eine extra
extra Default Bearer, wo dann speziell die Telefon-Sachen drüber gemacht werden. Die
werden nicht über den Internet Bearer gemacht. Ja, und dann fließen eigentlich
unsere Nutzdaten, so ganz unten, der blaue Kasten. Und was dann noch zusätzlich
gemacht wird, ist eine Measurement Configuration geschickt, damit das
Endgerät, auch wenn die Signal Pegel schlechter werden, dann die nachbarzellen
messen kann, das reporten kann und das Netzwerk kann dann entsprechend damit ein
Handover machen. Ja, 100 Millisekunden alles durchgelaufen. Ja es will nicht,
dann nehmen wir die Taste. Genau so, das war jetzt erst der 4G, dann kommt jetzt
noch zusätzlich der 4G Teil. Wenn die 4G Basisstation merkt: "Dass es ein 5G
Endgerät. ... und ich hab noch eine 5G Zelle" den 5G gNode-B mit dazu. Dann
werden wieder Nachrichten ausgetauscht, wo drin steht: "Miss mal auf der 5G Frequenz,
ob da irgendwas ist und melden mir das mal?" Das macht das Endgerät dann und wenn
was da ist, gehts zurück an den 5G gNode-B und der kann dann den IP-Datenstrom zu
sich umleiten und dann an den 4G eNode-B zurückkommen und sagen: "Okay, du kannst
jetzt mal umschalten", und dann kriegt das Endgerät wieder eine Nachricht. "OK, mach
mal noch den 5G Teil jetzt noch mit dazu" und dann empfängt man seine Daten sowohl
über den 4G Teil als auch über den 5G Teil und drum ist der blaue Pfeil unten ein
bisschen dicker als der blaue Pfeil oben. So, dieses gleichzeitige Empfangen von 4G
und 5G, das nennt sich Split Bearer, weil meine IP-Datenpakete jetzt über zwei Wege
zu mir kommen und der 5G gNode-B, der teilt es einfach auf, den Hauptteil von
den Daten schickt er über sich selber, und ein kleinerer Teil wird dann noch über das
sogenannte X2 Interface an die 4G Karte in der Basisstation weiter geschickt, und die
schickt es dann über LTE zu einem. Und im Endgerät selber werden dann diese zwei
Datenströme wieder kombiniert, und die IP- Pakete kommen dann wieder raus. Im Uplink
wird es heute wird es heute praktisch noch nicht so gemacht, da werden dann entweder
alle Daten über LTE übertragen, also von Endgerät zum Netzwerk oder über 5G, kann
man auch machen. Vorteil von LTE ist es meistens, es ist auf einer niedrigeren
Frequenz, und somit kommt man weiter. Man muss sich aber den Kanal mit anderen
Leuten teilen, die schon da sind. Wenn man mit 5G die ganze Sache macht, hat man den
Kanal noch eher für sich, weil es noch nicht so viele 5G-Endgeräte gibt. Hat aber
das Problem, dass die Reichweite von dem Signal aufgrund der höheren Frequenz nicht
so weit ist. Und wenn man sich dann zu weit von der Station wegbewegt, dann muss
das Netzwerk um konfigurieren und dann wieder für den Uplink LTE nehmen. Also,
man kann beides machen, je nachdem, wie man, wie man das möchte. Mit dem Uplink
entweder nur 4G oder 5G, stimmt nur so zum Teil, weil ich mache auch auf den
niedrigeren Schichten auf Layer 2 noch Acknowledgements für meine Datenpakete,
die ich, die ich bekomme im Downlink muss ich im Uplink Acknowledgements schicken.
Also es ist noch weit unterhalb der IP- Ebene, damit es einfach sehr schnell geht,
wenn irgendwelche Datenverluste auftreten. Und das muss sich zwangsläufig auf 4G und
auf 5G machen, weil ich meine Daten ja über Split Bearer im Downlink über 4G und
5G bekomme. Das heißt nur meine Nutzdaten gehen entweder über 4G oder 5G, aber meine
Acknowledgements muss ich auf beiden Seiten schicken. Und der blöde Nachteil
ist, ich hab halt nur ein Budget für meine Transmission Power, und jetzt hab ich zwei
Transmitter, und dann kriegt halt jeder nur die Hälfte von der Transmit Power und
somit das limitiert ein bisschen meine Reichweite. Dann gibt's noch diese nette
Geschichte, wann zeige ich jetzt eigentlich ein 5G Logo an? Weil es
dummerweise ein bisschen komplexer als früher mit 2G, 3G, 4G. Da war das einfach,
das Endgerät hat gewusst: "Okay, ich bin jetzt bei 4G LTE Logo an". Bei 5G, das
wird ja immer nur so als Speed Booster dazugenommen. Und wenn man das einfach so
macht, dann sieht man dauernd, wie sich das 4G und 5G abwechselt auf dem Display.
Das ist nicht sehr schön. Deswegen hat man sich da was einfallen lassen. Und zwar
wird in den LTE System Information, die da so ausgestrahlt werden, gibts ein Bit, das
haben Sie schön Upper Layer Indikation genannt, damit man auch nicht weiß, für
was es gut ist und das Upper Layer Indikation Bit. wenn das gesetzt ist, dann
bedeutet es, dass da noch eine 5G Zelle mit dranhängt und das Endgerät wenn es
nicht beim Attach Accept gesagt gekriegt hat, "Du darfst kein 5G machen", das ist
das NR-Restricted-Bit. Dann kann es dieses Upper Layer Indikation Bit hernehmen und
dann das 5G Logo anzeigen, auch wenn der 5G Teil gerade gar nicht aufgeschaltet
ist, weil man z.B. gerade nicht so viel Daten überträgt. Und dann ist eben der
Vorteil man hat das 5G Logo, weil der 5G Teil da ist und ob wir jetzt gerade noch
mit der zugeschaltet ist oder nicht, wird da dann halt ein bisschen kaschiert. Aber
dafür springt es eben nicht die ganze Zeit hin und her. Dann gibt's noch ein nettes
Szenario mit dem Handover. Wenn man 4G und 5G hat, müssen ja immer zusammen da sein.
Aber die Scheduler sind völlig unabhängig voneinander. Und wenn ich da einen
Handover mache von Schritt eins nach Schritt zwei, kann es eben passieren, je
nachdem, was man für eine Infrastruktur hat und wie die konfiguriert ist, dass
erst der 5G Teil gewechselt wird der 4G Teil aber noch da bleibt für ein paar
Sekunden bei der alten Station. Und dann bekomme ich meine Daten zum Beispiel von
der einen LTE Zelle hier und von der 5G Zelle, die aber schon ganz woanders steht.
Und meine Daten kommen dann aus unterschiedlichen Richtungen. Und erst
wenn dann auch noch das Endgerät meldet, das der 4G Teil jetzt auch auf der anderen
Seite besser ist, dann wird der auch noch mit drüber gezogen und dann kommen dann
meine ganzen Daten von der der zweiten Zelle dann. So, dann hab ich jetzt hier
noch ein Bildchen wie soll es so perspektivisch weitergehen? Wir wollen ja
da nicht stehenbleiben. Wir wollen ja zu einem 5G-only-Netzwerk kommen, und da
müssen wir jetzt einfach hergehen auf Grund von den 3,5 GHz, die halt nur eine
begrenzte Reichweite haben. Wir müssen diese 5G Geschichte auch in die
niedrigeren Frequenzbänder ziehen. Und da ist eben das Problem, man kann es auf die
harte Weise machen und einfach das LTE aus manchen Ländern wegnehmen und da 5G
reinmachen. Das ist dann für die paar Leutchen, die schon die ganzen neuen 5G
Endgeräte haben, super. Aber für die Leutchen, die nur LTE Endgeräte haben
schlecht, weil dann haben die auf einmal da gar kein LTE mehr oder nur eine
niedrigere Datenrate, weil sie ein anderes Band nehmen müssen. Eine Möglichkeit, das
abzufedern, was so z.B. die Swisscom gerade ausprobiert. Es nennt sich dann
Dynamic Spectrum Sharing, und die Idee dabei ist, dass 5G so zu konfigurieren,
dass es sehr ähnlich wie 4G ist und dann 4G und 5G im gleichen Kanal zu machen. Ich
brauche dann 2 Control Kanäle. Ich brauch den LTE Kontrollkanal hier jetzt gelb
dargestellt, links und in Blau, den 5G Kanal, den Control Kanal und kann dann die
4G Endgeräte mit dem 4G Control Kanal Ressource Zuweisungen machen und dem 5G
Endgeräte mit dem 5G Control Kanal. Und dann kann ich meinen Kanal eben, je
nachdem wie viele 4G und 5G Endgeräte ich habe, entsprechend aufteilen. Mehr nach
4G, mehr nach 5G. Je nachdem, was man da für eine Policy hat. Der kleine Nachteil
an der Geschichte ist, dass sich da dummerweise jetzt 2 Control Kanäle braucht
und das mich natürlich Bandbreite kostet. Und es kostet etwa 10 bis 15 Prozent an
Kapazität und das tut natürlich super weh. 15 Prozent Kapazität verschenken, damit
ich 4G 5G gleichzeitig mache. Aber der Schmerz ist vielleicht geringer als
einfach LTE wegmachen und dann die Leute sauer zu machen. Mal schauen. Naja, wenn
ich dann so weit bin und mein 5G auch in den niedrigeren Frequenzbänder hab, damit
ich das dann auch mehr auf dem Land auch 5G machen kann, kann ich auch mal drüber
nachdenken und 5G Core-Netzwerk noch hinzu bauen. Wird eben auch wieder so sein. Das
wird nicht einfach das 4G Core Netz herausgeworfen und 5G reingemacht, sondern
die werden dann über viele Jahre parallel betrieben werden. Die 5G Endgeräte, die
dann schon mit diesem Core Netzwerk reden können, werden diese Core-Netzwerk
verwenden und die alten 5G Endgeräte und die LTE Endgeräte werden noch das 4G Core
Netzwerk verwenden. Im Prinzip funktioniert auch das 5G Core Netzwerk
sehr ähnlich wie das 4G Core Netzwerk. Man hat wieder diese zwei Teile die User
Plane. Die Router werden jetzt hier als User Plane Function bezeichnet und dann
mit dem Internet verbunden und aus der Mobility Management entity bei LTE sind
jetzt zwei Functions draus geworden. Die eine ist die Access Management Function
und die andere die Session Management Funktion. Die eine kümmert sich eher um
das Mobility und das andere um die Nutzer Sessions, und die Datenbank ist in drei
Blöcke aufgeteilt worden und hat man eben deswegen gemacht. Weil als LTE
spezifiziert worden ist, ist man noch davon ausgegangen. Eine entity, eine
Hardware Kiste, aber auch die Virtualisierung ist jetzt ja auch im
Telekom Bereich angekommen in den letzten Jahren und man möchte hier in diesem 5G
Ansatz alles auch virtualisierten in Container packen, um somit sehr flexibel
zu sein. Und deswegen gibts keine entities mehr, sondern functions die dann auch
virtualisiert werden sollen. Ja, dann bin ich eigentlich schon fast durch. Ich hab
ja noch ein schönes Slide, das tolle bei 4G und 5G ist, und auch bei 2G, 3G, die
ganzen Spezifikationen sind öffentlich, man muss sich nirgends anmelden, man kann
einfach zu 3gpp.org gehen. Und wenn man weiss, nach was man sucht, kann man sich
die Spezifikationen runterladen von da. Wer sich nachher die Slides nochmal
anguckt, wir haben auf vielen von den Slides Referenzen auf die Spezifikationen,
dann kann man von diesen Slides, wenn man die Details wissen will direkt in die
Dokumente rein hüpfen. Ja, dann sind wir durch. Danke fürs Zuhören.
*Applaus*
Und viel Spaß beim Kongress noch Peter: Ja, haben wir noch Zeit für Fragen?
Gibt's Fragen? Herald: Muss das Mikro anschalten, damit
was rauskommt? So genau haben wir es noch etwa zehn Minuten Zeit für Fragen. Wenn
ihr im Raum Fragen habt, dann kommt doch bitte zu einem der acht Mikros, und wir
hoffen, dass wir euch alle dran kriegen. Aber wir fangen vielleicht direkt an mit
einer Frage von unserem Signal Angel. Signal Angel: Das Internet hat die Frage:
Wie weit sollen Endgeräte voneinander entfernt sein, damit diese sich nicht
gegenseitig stören? Peter: 1,02m, allerdings wird dieser Fall
gar nicht vorkommen, dass man diese 5G Endgeräte auseinander legen muss, weil
alle Netzbetreiber mit einem konstanten Schema arbeiten werden. Das ist nicht
notwendig, sich darüber Gedanken zu machen, weil es kommt nicht zu dem Fall.
Heurekus: Auf meinem Schreibtisch liegen üblicherweise vier bis fünf Endgeräte, die
sind auch nicht einen Meter entfernt sind, das ist nicht optimal, aber es
funktioniert. Die stören sich auch nicht gegenseitig. Aber besser ist es, wenn die
weiter auseinander sind. Hat man eine höhere Datenrate?
Herald: Alles klar. Da machen wir weiter mit Mikrofon 1 bitte
Mikro 1: Hallo, wir reden hauptsächlich über alles unter 6 GHz und die
Signalstärke da ist eigentlich, was wir so gewöhnt sind 20 dBm oder so. Oder? Die
Frage kommt dann allerdings in Gesundheitsfragen mit viel stärkeren
Feldstärken eigentlich noch nicht, was wirklich ausgerollt werden
Peter: Also wir tragen immer ein 5G Amulett bei uns, uns kann nichts
passieren, *Lachen*
*Applaus* Heurekus: Ja ja, das muss,auf Nummer
sicher. Peter: Die Grenzwerte werden nicht
überschritten, es gibt keine ionisierenden Effekte. Auch nicht bei Frequenzen
unterhalb des Lichts, also bis in den THz Bereich hinein. Der Rest ist Glauben. Mit
Angst kann man Geld machen, man kann Macht ausüben, und letztendlich wird die
Menschheit eher Probleme mit dem Klimawandel haben als wie mit 5G.
*Applaus* Heurekus: Vielleicht noch ein kurzer
Nachsatz. Was du richtig gesagt hast ist, wir reden, wir haben heute über den sub
6GHz Bereich geredet, weil das auch das ist, was tatsächlich ausgerollt ist. Dann
hat 5G natürlich auch noch diese Microwave oder diese Millimeterwave Geschichte.
Tschuldigung, die Millimeterwave Geschichte drin, wo man im 30 GHz Bereich
funkt. In Amerika ist das ausgerollt worden, aber das große Problem dabei ist,
dass die Reichweiten da super gering sind und man da auch schon einfach mit einer
Hand vorhalten oder hinter eine Mauer gehen, dann ist das Signal schon weg, und
ich bin da immer noch sehr gespannt, wie erfolgreich das ist. Aber in Europa hat da
noch keiner angefangen, mit Millimeterwave und 5G was zu machen, weil es ist doch was
ganz was Neues. Und vielleicht lassen wir das erst mal in Amerika so ein bisschen
ausprobieren. Und wenns funktioniert, denn machen wir das hier auch schauen wir mal.
Herald: Okay, dann machen wir doch mit Mikrofon 4 weiter.
Mikrofon 4: Ok, probieren wirs [unverständlich]. Für welche
Geschwindigkeiten, also ich meine mechanische Geschwindigkeiten, wenn ein
Endgerät sich mechanisch bewegt, ist 5G noch ausgelegt?
Heurekus: Also, ich hab da ein gutes Beispiel. Wenn man in anderen Ländern Bahn
fährt, dann funktioniert es auch mit LTE ganz gut, und 5G ist da in der Hinsicht
auch nicht anders. Also wenn ich zum Beispiel mit dem Thalys fahr von Paris
nach Köln, dann hab ich bei 300 Stundenkilometer kriege ich da auch noch
100 Megabit pro Sekunde im Downlink durch die Leitung, ist also überhaupt kein
Problem. Von der Geschwindigkeit her geht auch bei 300 noch.
Peter: Es gibt gewisse Parameter, um das Netz robust zu machen gegenüber dem
Doppler-Effekt und gewisse Datensicherheit auch bei verjitterten Funkfeldern
hinzukriegen, das sind Parameter, die gelten dann halt für die gesamte Zelle und
drücken die Gesamtperformance, ein bisschen runter. Man muss sich das
überlegen, ob man das in dieser Zelle dann macht. Aber an Bahnstrecken ist kein Thema
bis 300, 400 km. M4: 400 gehen noch.
Peter: Flugzeuge gehen mit LTE. Die fliegen ja knapp 800, 900 Stundenkilometer,
das geht auch. M4: Ah, ok, gut. Danke
Herald: Alles klar, dann gehen wir zurück zu unserem Signal Angel mit einer Frage
aus dem Internet. Signal Angel: Das Internet hat sehr über
die Authentisierung der Basisstation gegenüber der MME oder MMS diskutiert. Und
da so die Frage dahinter: Was kann denn jemand machen, der eine Basisstation hat
und vielleicht irgendwie, die einfach drankommt? Die Authentisieren sich ? Oder
was kann er machen? Heurekus: Es gibt da ein paar
Teilantworten. Was üblicherweise erst einmal gemacht wird, ist, da wird ein VPN
Tunnel zwischen dem Standort gemacht, wo sich die Basisstation befindet und dem
Core-Netzwerk. Und da werden, da findet schon mal eine Authentifizierung statt und
die MMEs und die Basisstation authentifizieren sich dann auch nochmal
gegenseitig. Da weiß ich aber die Details nicht dazu. Weißt du da was ?
Peter: Nee. Heurekus: Aber erst mal einen VPN Tunnel
und dann ist schon mal alles gecrypted. Peter: Ging es um die Authentifizierung
des Netzes gegenüber dem Endgerät? War das die Frage?
Signal Angel: Nein. Ich habe die Basisstation, also quasi jemand bringt
seine eigene Basisstation mit. Also jemand, der vielleicht ein großer
Angreifer ist nicht quasi der User. Peter: Ja. Sowas geht im Prinzip immer
noch. Es wird aber durchaus erschwert. Das sind politische Sachen, das sind leider Gottes.
Wir stellen den STANDARD vor. Aber warum diese Authentifikation nicht aktiviert
ist? Politik. Herald: Das klingt nach einem Talk für den
nächsten Kongress vielleicht. Alles klar. Dann gehen wir weiter rechts an den Rand
zum Mikrofon. 7 Mikrofon 7: Ja, ich hab mich einmal
interessiert, ihr sagtet gerade, dass langfristig 4G und 5G zusammen betrieben
werden sollen in der Übergangsphase. Was spricht dagegen, noch weiter runter zu
gehen und z. B. die 3G Frequenzen zu nutzen? Weil ich mein 3G
Signalverarbeitung das war ja einfach ein Schuss in den Ofen. Das zum Einen und zum
Anderen: Ihr hattet das gerade gesagt, dass alle Carrier, alle Betreiber von 5G
Netzen sich in der Uplink bzw. Framestruktur letztlich synchronisieren
müssen. Für mich als Laie klingt das so: Warum? Das klingt wieder nach unnötig
Overhead, der hinterher leztlich der Performance oder dem Netz nicht gut tut.
Heurekus: Also ich kann ja vielleicht den ersten Teil mal machen. Mit den
niedrigeren Frequenzen, also die UMTS- Frequenzen sind schon relativ hoch, die
sind ja bei 2,1 Gigahertz, und als ich vorher gesagt habe, wir müssen in die
niedrigeren Frequenzen rein, dann schließt es natürlich die UMTS-Frequenzen mit ein.
Aber auch die UMTS-Frequenzen haben ja nur eine relativ begrenzte Ausbreitung, also
wenn ich mit niedrigeren Bändern rede, dann meine ich auch so Band 20 zum
Beispiel auf 800 Megahertz und auf 1800 Megahertz und auf 900 Megahertz. Da muss
mittel- bis langfristig muss da auch 5G rein und eben auch auf die 2,1 Gigahertz,
klar. Da ist es vielleicht aber auch noch ein bisschen einfacher, weil 3G machen ja
nicht mehr so viele Leute, da ist es eher problemloser. Die zweite Frage noch: Warum
müssen die synchronisiert sein? Peter: Das ist auch ein technisches
Erfordernis, nichts weiter. Die Frequenzen im 3,6 Gigahertz Bereich liegen relativ
dicht zusammen. Und die Technik ist halt so, wenn ich zwei, wenn ich diesen
Frequenzbereiche an mehrere Betreiber verkaufe, dann geht es technisch nicht
anders, dass die alle synchron senden. Physik hat ja irgendwo seine Grenzen.
Herald: OK. Peter: Niedrigere Frequenzbereiche, zu der
anderen, die bringen jetzt keine Wundergeschwindigkeiten, sondern, hab so
die Folien, kann man sehen, dass die Geschwindigkeit bei 5G auf niedrigen
Frequenzen [unverständlich] zum Beispiel 700 Megahertz, wird vielleicht um den
Faktor 1,3 höher sein als ein vergleichbarer LTE-Träger.
Herald: Okay, wir haben noch ein zwei Minuten Zeit. Deswegen Mikrophon 1 mit
einer kurzen, prägnanten Frage bitte. Mikrofon 1: Ja, meine Frage wäre: Wie ist
das bei den privaten 5G Netzen, die ja jetzt ausgerollt werden sollen? Ist da
auch diese Mischtechnik oder ist das ein reines 5G?
Heurekus: Das sind 100 Megahertz, die dafür mal reserviert worden sind. Und wenn
wir über private Netze reden, dann würde ich darunter verstehen: Da tut man dann so
genannten Campus ausleuchten, also eine Fabrik zum Beispiel oder ein Gelände. Und
ähm. Ja, da braucht man jetzt nicht mit Mischtechnik anfangen, da würde ich gleich
mal ein 5G Core-Netzwerk nehmen. Ja, also man kann, aber dann kann man auch gleich
ein 5G Core nehmen. Herald: OK, eine kurze schaffen wir noch.
Mikro 4. Mikro 4: Hallo. Wieviel Energie braucht
die ganze Signalverarbeitung also ohne Radio?
Peter: Wie viel was? Heurekus: Wie viel, wieviel Strom braucht
die Basisstation? (im Publikum ruft jemand "Klimawandel!")
*lacht* Peter: Das ist schwierig.
Heurekus: Ja, man kann das im Internet ein bisschen nachlesen. Ich habe die Frage
schon öfters gehabt. Ich meine, was oben an der Antenne rauskommt da, da reden wir
zum Beispiel bei einem 20 Megahertz Band über 20, über 20 Watt oder 40 Watt oder
vielleicht auch hundert Watt und dann nehmen wir da noch drei Sektoren dazu, aber eine
Basisstation an sich, alles zusammengenommen, Signalverarbeitung 3-4
Kilowatt braucht die schon. Die Signalenergie, die abgestrahlt wird oben
ist der kleinere Teil. Herald: Okay, dann haben wir leider das
Ende der Zeit erreicht. Alle Fragen, die jetzt noch offen sind, können entweder
digital gestellt werden oder vielleicht auch hier im Saal. Vielen Dank, Peter und
Heurekus. Heurekus: Danke
*Applaus*
*36C3 Abspannmusik*
Untertitel erstellt von c3subtitles.de im Jahr 2020. Mach mit und hilf uns!