Noch besser

Huawei gibt Gas: Hardware - und auch viel Mathematik

Beim 10. mobilen Breit­band Forum nutzte Huawei ausführ­lich die Gele­genheit, die Möglich­keiten ihrer 5G-Technik darzu­stellen. Die ist nicht trivial.
Vom Mobile Broadband Forum in Zürich berichtet
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Ein Feuer­werk von tech­nischen Infor­mationen zu 5G präsen­tierte Edward Deng, Präsi­dent „Huawei's Wire­less Solu­tion“ auf dem Mobilen Breit­band­forum in Zürich.

Erste 5G-Welle schon aktiv

Die welt­weit erste „Welle“ von kommer­ziellen 5G-Netzen, die entweder das soge­nannte C-Band (3,6 GHz) oder das 2,6-GHz-Band verwenden, ist bereits im kommer­ziellen Wirk­betrieb.

Edward Deng, Chef der "drahtlosen" Abteilung bei Huawei stellte seine Produkte ins Rampenlicht.
Edward Deng, Chef der "drahtlosen" Abteilung bei Huawei stellte seine Produkte ins Rampenlicht.
Jetzt wird die 5G-Tech­nologie auf auf FDD-Bänder (= getrennte Frequenzen für Uplink und Down­link) erwei­tert, um größere Flächen abde­cken zu können. Auf der anderen Seite geht es in die „mmWave“-Bänder (bei 26 GHz), um die Kapa­zität in stark genutzten Hotspot-Gebieten zu verstärken.

"5G ist da. Leis­tungs­starke Netz­werke sorgen für ein opti­males Nutzer­erlebnis. Fort­schritt­liche Algo­rithmen sorgen für eine opti­male Leis­tung. Netze für auto­nomes Fahren sind effi­zient. Unser Ziel ist es, den Betrei­bern mit 5G zu helfen, ihre Netze zu bauen“ erklärte Deng.

Huawei favo­risiert 5G-Komplett­lösungen

Netz­betreiber, die sich es einfach machen möchten, bekommen bei Huawei die komplette Produkt­palette, auf Wunsch inklu­sive Netz­planung und Montage von Servern und Antennen. Netz­betreiber, die beispiels­weise wie die Deut­sche Telekom eine "Multi Vendor" Stra­tegie verfolgen (= Einkaufen bei mehreren Liefe­ranten (Vendoren)), hilft Huawei bei den Inter­opera­bili­täts­test mit anderen Herstel­lern und verspricht, dass die Netze auch mit Endge­räten anderer Hersteller wie beispiels­weise Samsung "einwand­frei funk­tionieren".

Neue Ehren für Claude Elwood Shannon

Haben Sie in Mathematik gut aufgepasst? Dann sollten Sie Entwickler für 5G-Technik werden.
Haben Sie in Mathematik gut aufgepasst? Dann sollten Sie Entwickler für 5G-Technik werden.
Massive MIMO, die raffi­nierte Kombi­nation von mehreren Antennen, um das Signal optimal zum Nutzer bringen, sieht Deng als Schlüssel, um die Grenzen von Shan­nons Gesetz zu erwei­tern und die Kapa­zität von Mobil­funk­netzen stei­gern. Der Mathe­matiker Claude Elwood Shannon hat mit seinem Kollegen Hartley grund­legende Gesetze zur Daten­über­tragung formu­liert. Sein Shannon-Hartley-Gesetz beschreibt die theo­retisch maxi­male Bitrate eines Über­tragungs­kanals in Abhän­gigkeit von der vorhan­denen Band­breite und Signal-zu-Rausch-Verhältnis, worüber mit einer gewissen Wahr­schein­lich­keit eine fehler­freie Daten­über­tragung möglich ist. Sein Gesetz liefert das theo­reti­sche Maximum, das mit einer nur theo­retisch exis­tierenden opti­malen Kanal­kodie­rung erreichbar ist, sagt aber nicht, wie das genau gehen soll. Fach­leute sind sich aber sicher, das bei Shannon noch erheb­lich „Luft drin ist“, was später noch viel höhere Daten­raten ermög­lichen dürfte.

40 000 5G-Elemente in China und Japan

Alleine in ganz China und Japan wurden schon mehr als 40 000 5G-Baugruppen und Geräte einge­setzt, wodurch die Netz­kapa­zität um das Drei- bis Fünf­fache gestei­gert werden konnte. Massive MIMO der ersten Genera­tion stelle bei den Antennen einen der wich­tigsten Durch­brüche des letzten Jahr­zehnts dar. Die Leis­tung von Massive MIMO bestimme direkt die Qualität von 5G-Netzen.

Um die hohe Band­breite eines 5G-Funk­signals zu nutzen und die physi­kalisch bedingte geringe Reich­weite des C-Bandes (3,6 GHz) zu über­winden, hat Huawei 5G Massive MIMO der zweiten Genera­tion entwi­ckelt. Damit seien Band­breiten von 200 MHz und eine Sende­leis­tung von 200 W bei gerin­gerem Gewicht und redu­zierten Abmes­sungen möglich.

Davon wurden bereits rund 400 000 Einheiten ausge­liefert, bis Jahres­ende sollen es voraus­sicht­lich 600 000 sein. Damit verfügen die Betreiber über eine wich­tige Grund­lage, um die GBit/s-Erfah­rung in 5G-Netzen sicher­zustellen.

MIMO 3. Genera­tion

Mobilfunkantennenmodule in Buchform ("Book RRU"), die Antennen kommen an die vier Buchsen unten, ideal für "Small Cells"
Mobilfunkantennenmodule in Buchform ("Book RRU"), die Antennen kommen an die vier Buchsen unten, ideal für "Small Cells"
Doch die Entwick­lung ist rasant: Für den welt­weiten Einsatz legt Huawei bereits die „dritte Genera­tion von Massive MIMO“ nach. Prozesse wie 7-nm-Chips erlauben Band­breiten von bis zu 400 MHz und bis zu 320 W Leis­tung im C-Band aus einem „Schuh­karton“. So eine Anten­nenein­heit wiegt nur 25 kg, was eine zügige Montage auch durch eine einzelne Person erlaubt. Der Strom­verbrauch sei mit anderen RRUs (Radio Remote Unit) mit glei­cher Sende­leis­tung vergleichbar, was die Betriebs­kosten des Netzes niedrig halte.

Je nach Standort und Einsatz­zweck hat Huawei ein fast unüber­schau­bares Angebot an MIMO-Antennen mit inte­grierten Vorver­stär­kern und der notwen­digen Technik, die BladeAAU, Easy Macro oder BookRRU 3.0 heißen können.

Der Begriff „Book“ (Buch) ist wört­lich zu nehmen. Die komplette aktive Anten­nenein­heit hat die Größe einer Fami­lien­bibel. Einsatz­zweck sind Small-Cells, die auf Frequenzen unter 6 GHz senden, was heute schon in vielen Innen­städten der Fall ist.

Auch diese kleinen „Produkte von der Stange“ verwenden schon MiMo. Als „Lamp Site“ werden sie indoor montiert.

Nicht die Hard­ware alleine

Neben der Sende­hard­ware hat Huawei sich um die dahin­terlie­gende Mathe­matik geküm­mert. "Leis­tungs­starke Hard­ware allein liefert keine führenden 5G-Netz­werke“, betonte Deng.

Die Heraus­forde­rung ist enorm: “Die spek­trale Band­breite von 5G und die HF-Kanäle sind im Vergleich zu 4G erheb­lich erhöht, die Planungs­zeit­räume wurden aber erheb­lich verkürzt. Dies unter­streicht die Bedeu­tung von Soft­ware­algo­rithmen für die Frei­setzung von 5G-Netz­werk­poten­zialen und die Maxi­mierung der 5G-Netz­werk­leis­tung.“

Die dahinter liegende Mathe­matik der notwen­digen Algo­rithmen ist gewaltig, denn es geht darum, die Infor­mationen in tausenden von Kanälen in sehr kurzer Zeit (gleich­zeitig!) zu verar­beiten und dabei die präzi­sesten Strahlen (Beams) zu erzeugen und auch noch etwaige Störungen auf dem Funk­kanal auszu­blenden.

Weniger Latenz mit VR-Turbo

Der Plus­punkt von 5G sollen gerin­gere Latenzen sein. Huawei setzt dafür einen „VR-Turbo“ ein.

Ein weiteres Thema ist der Uplink, der bei 5G derzeit ja noch ein Stief­kind darstellt, weil bei den aktu­ellen 5G-NSA (Non-Stand-Alone) Netzen, die auf einem vorhan­denen 4G-Netz aufsetzen, nur der Down­load beschleu­nigt wird. Durch raffi­nierte Kombi­nation von Frequenzen, dem Timing und Kombi­nation von Frequenz- und Zeit-Multi­plex, soll das erreicht werden.

Wich­tiges Thema: Strom­verbrauch

Schon beim Start von 3G ging der Strom­verbrauch der verwen­deten Elemente zunächst hoch, denn die dahin­terlie­gende Rechen­power braucht viel Strom, und das erzeugt Wärme. Ein Hersteller muss also auch die Ener­gieef­fizienz des Netz­werks im Blick haben, denn Strom muss erzeugt werden, was Geld kostet und die Umwelt belastet.

Nicht nur beim auto­nomen Fahren wird die künst­liche Intel­ligenz (englisch AI) eine große Rolle spielen. Damit sollen die gigan­tischen Daten­mengen, die anfallen, schneller und besser ausge­wertet und „verstanden“ werden.

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