5G/6G-Netzwerkdesigner

Was ist 5G/6G-Netzwerkdesign?

5G- und aufkommende 6G-Netze nutzen Beamforming, massive MIMO-Antennen-Arrays und Network Slicing, um Gigabit-Geschwindigkeiten mit ultraniedriger Latenz zu liefern.

Warum ist das wichtig? Network Slicing teilt ein physisches Netzwerk in virtuelle dedizierte Spuren — eMBB für Streaming, URLLC für selbstfahrende Autos, mMTC für Milliarden von IoT-Sensoren.

📖 Vertiefung

Analogie 1

Stellen Sie sich einen Pizzalieferdienst vor. Alte Netzwerke sind wie ein einziger Zustellfahrer, der die ganze Stadt bedient – alle warten. Beim 5G-Netzwerk-Slicing handelt es sich um drei separate Flotten: Express-Motorräder für dringende medizinische Lieferungen (URLLC), große Lastwagen für Restaurant-Großbestellungen (eMBB) und Fahrräder, die langsam Sensorwerte aus jedem Briefkasten sammeln (mMTC). Jede Flotte ist für ihre Aufgabe optimiert und alle nutzen dieselben Straßen.

Analogie 2

Beamforming ist wie der Unterschied zwischen dem Rufen in einem überfüllten Raum (alte Mobilfunkmasten senden überall Funksignale) und dem Flüstern direkt ins Ohr einer Person über ein Megaphon, das ihnen folgt (5G gNB). Das massive MIMO-Antennen-Array ähnelt 256 winzigen Lautsprechern, die so koordiniert sind, dass der Klang genau dorthin gerichtet wird, wo sich jeder Zuhörer befindet.

🎯 Simulator-Tipps

Anfänger

Drücken Sie zunächst „Start“ und klicken Sie dann einige Male auf „Moving UE hinzufügen“, um zu sehen, wie Beams Benutzer in Echtzeit verfolgen. Versuchen Sie, das Frequenzband von mmWave auf Sub-6GHz umzustellen, und beobachten Sie, wie sich der Abdeckungskreis ändert.

Mittelstufe

Wechseln Sie in den erweiterten Modus und experimentieren Sie mit den Größen der Antennenarrays. Beachten Sie, dass 16x16 (256 Elemente) viel schmalere und präzisere Strahlen erzeugen als 4x4. Fügen Sie Hindernisse hinzu, um Strahlblockaden zu erkennen – das ist die größte Herausforderung für den Einsatz von mmWave in Städten.

Experte

Versuchen Sie im Expertenmodus die Kombination von 256QAM-Modulation mit 8 MIMO-Schichten und 1 GHz Bandbreite für maximalen theoretischen Durchsatz. Wechseln Sie dann zum URLLC-Slice-Typ und beobachten Sie einen Latenzabfall unter 1 ms. Vergleichen Sie städtische und ländliche Wegeverlustmodelle, um Kompromisse bei der Abdeckung zu verstehen.

📚 Glossar

mmWave

Millimeterwellenfrequenzen (24–100 GHz), die in 5G für Multi-Gigabit-Geschwindigkeiten verwendet werden, wobei die begrenzte Reichweite den Einsatz dichter Zellen erfordert.

Massive MIMO

Antennenarrays mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen mit 64–256 Elementen, die Strahlformung und räumliches Multiplexing für 5G ermöglichen.

Network Slicing

Virtualisierung eines einzelnen physischen 5G-Netzwerks in mehrere unabhängige logische Netzwerke, die jeweils für bestimmte Anwendungsfälle optimiert sind.

Beamforming

Richten Sie Funksignale auf bestimmte Benutzer aus, anstatt sie in alle Richtungen zu senden, wodurch die Signalstärke und -effizienz verbessert wird.

Sub-6 GHz

5G-Frequenzen unter 6 GHz bieten eine größere Abdeckung, aber geringere Geschwindigkeiten als mmWave, das am weitesten verbreitete 5G-Band.

URLLC

Extrem zuverlässige Kommunikation mit geringer Latenz – 5G-Dienstkategorie für geschäftskritische Anwendungen, die eine Latenzzeit von <1 ms erfordern.

eMBB

Enhanced Mobile Broadband – 5G-Dienstkategorie für Hochgeschwindigkeitsdaten mit einem Spitzenwert von 20 Gbit/s im Downlink.

mMTC

Massive Machine-Type Communications – 5G-Kategorie, die bis zu 1 Million angeschlossene Geräte pro Quadratkilometer unterstützt.

O-RAN

Open Radio Access Network – Initiative zur Disaggregation und Virtualisierung von RAN-Komponenten mithilfe offener Schnittstellen.

Terahertz

Für 6G werden Frequenzen über 100 GHz erforscht, die möglicherweise drahtlose Geschwindigkeiten von Terabit pro Sekunde ermöglichen.

gNB

gNodeB – die 5G NR-Basisstation, die den 4G eNodeB ersetzt und Beamforming und neue Funkschnittstellen unterstützt.

QAM

Quadratur-Amplitudenmodulation – Codierungsschema, bei dem höhere Ordnungen (256QAM) mehr Bits pro Symbol übertragen, aber sauberere Signale erfordern.

🏆 Schlüsselpersonen

3GPP (2018)

Globales Normungsgremium, das 5G NR-Spezifikationen für Release 15–18 definiert hat

Erdal Arikan (2008)

Erfand Polarcodes, die als 5G-Steuerkanalcodierung übernommen wurden, Gewinner des IEEE Shannon Award

Thomas Marzetta (2010)

Vorgeschlagenes Massive-MIMO-Konzept bei Bell Labs, grundlegende Technologie für 5G-Kapazität

Samsung Research (2021)

Erzielte die weltweit erste 6G-Terahertz-Prototypübertragung mit 140 GHz

Andrea Goldsmith (2005)

Stanford/Princeton-Professor, dessen MIMO- und adaptive Modulationsforschung die physikalische Schicht von 5G unterstützt

🎓 Lernressourcen

What Will 5G Be? [paper]
Einflussreiches IEEE JSAC-Papier, in dem die 5G-Vision und Schlüsseltechnologien wie mmWave, Massive MIMO und heterogene Netzwerke dargelegt werden (2014)
6G: The Next Hyper-Connected Experience for All [paper]
Samsungs Whitepaper zur 6G-Vision untersucht Terahertz-Bänder, KI-native Netzwerke, digitale Zwillinge und holografische Kommunikation
An Overview of Massive MIMO: Benefits and Challenges [paper]
Grundlegendes IEEE JSAC-Papier zur Massive-MIMO-Theorie, das zeigt, wie Hunderte von Antennen spektrale Effizienzgewinne in Größenordnungen erzielen (2014)
Network Slicing for 5G with SDN/NFV: Concepts, Architectures and Challenges [paper]
Umfassende IEEE-Umfrage zu Netzwerk-Slicing-Architekturen, Ressourcenzuweisung und Isolationsmechanismen für eMBB, URLLC und mMTC (2017)
3GPP Specifications [article]
Offizielle 5G/6G-Mobilfunkstandardspezifikationen – die maßgebliche Quelle für Details zum NR-Protokoll
5G Americas [article]
Branchenverband, der Whitepapers zur 5G-Technologie, Bereitstellungsverfolgung und Spektrumanalyseberichte bereitstellt
O-RAN Alliance [article]
Organisation, die offene RAN-Standards für disaggregierte, interoperable und KI-gestützte Funkzugangsnetze vorantreibt
ITU-R IMT-2030 Framework [article]
Das offizielle Rahmenwerk der ITU für 6G (IMT-2030), das Anwendungsfälle, Fähigkeiten und Zeitplan für die nächste Generation definiert

💬 Nachricht an Lernende

Entdecken Sie die faszinierende Welt des 5G/6G-Netzwerkdesigns! Von Beamforming bis hin zu Network Slicing zeigt jeder Parameter, den Sie optimieren, wie drahtlose Netzwerke der nächsten Generation Geschwindigkeit, Latenz und massive Konnektivität in Einklang bringen. Beginnen Sie mit einem einzelnen Strahl und arbeiten Sie sich bis zu einer vollen Zelle vor.