Huawei gibt Gas: Hardware - und auch viel Mathematik
Edward Deng, Chef der "drahtlosen" Abteilung bei Huawei stellte seine Produkte ins Rampenlicht.
Foto: Henning Gajek / teltarif.de
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.
Foto: Henning Gajek / teltarif.de
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.
Grafik: Huawei / Foto: Henning Gajek / teltarif.de
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"
Foto: Henning Gajek / teltarif.de
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.