5G-Testfahrt im Gigabit-Bus

5G Testfahrt
Foto: teltarif.de Im Rahmen des Global Mobile Broadband Forums 2017 in London [Link entfernt] hat Ausrichter Huawei zur Testfahrt mit einem Bus in einer dedizierten 5G-Zelle geladen. Zum Start, in der Nähe der Basisstation, wurden Datenraten von knapp 1 Gbit/s im Downlink und 20 bis 100 Mbit/s im Uplink erreicht. Anders als im LTE-Netz, wo sich solche Datenraten nur durch die Kombination von drei oder vier verschiedenen Carriern in unterschiedlichen Frequenzbereichen erzielen lassen, werden die hier genannten Datenraten mit einem einzigen, allerdings 100 MHz breitem Frequenzband rund um 3,5 GHz erzielt. Dieses wird im Wechsel für Uplink und Downlink eingesetzt (TDD, Time Division Duplex).

5G Testfahrt
Foto: teltarif.de Die Antenne der Basisstation ist in 64 Segmente unterteilt, die alle jeweils senden (englisch "transmit", kurz "T") und empfangen (englisch "receive", kurz "R") können. Die Techniker sprechen von 64T64R Massive MIMO. Das User Terminal im Bus verwendet hingegen vier Empfangsantennen und zwei Sendeantennen (4R2T). Theoretisch könnte eine solche 64T64R-MIMO-Antenne 16 Nutzer mit 4R-Kapazität gleichzeitig mit voller Datenrate versorgen, entsprechend einer Gesamt-Datenrate von 8 bis 16 Gbit/s im Downstream. In der Praxis wird derzeit von Massive-MIMO-Antennen in der Vielnutzer-Situation "nur" eine Steigerung um den Faktor drei bis fünf im Vergleich zur Bitrate bei einem Einzelnutzer in einer herkömmlichen Zelle erreicht, entsprechend (in dieser Demo hier) einer Gesamt-Bitrate von 1,5 bis 5 Gbit/s. Berücksichtigt man weiterhin, dass auch 5G-Basisstationen wie herkömmliche Basisstationen in der Regel drei oder mehr Sektoren versorgen werden, ergibt sich eine theoretische Gesamtbitrate von 5 Gbit/s aufwärts alleine für das 3,5-GHz-Band.

5G Testfahrt: In der Nähe der Basisstation sind die Bitraten sehr hoch.
Foto: teltarif.de Aber zurück zur Demonstration von Huawei: Im Downstream verblieb die Bitrate selbst dann bei über 500 Mbit/s, als der Bus (von der Basisstation aus gesehen) in den Schatten hinter der Messehalle fuhr. Anders als in der Schemagraphik, wo die direkte Verbindung zwischen Basisstation und Bus als Linie durch die Messehalle gezeigt wurde, wird sich das Signal in der Praxis durch Reflexionen um die Halle herum ausgebreitet haben. Insbesondere an der nördlich von der Messehalle verlaufenden Autobahn dürfte es zahlreiche Reflexionen gegeben haben.

Schnell schwächer

Mit zunehmender Entfernung sinkt die Bitrate. Deswegen wird im Uplink vom 3,5-GHz- auf das 1,8-GHz-Band umgeschaltet.
Foto: teltarif.de Mit zunehmender Entfernung des Busses von der Basisstation fiel die Bitrate im Upstream schnell weiter ab. In einer Entfernung von ca. 450 Metern wurden im Upstream nur noch 5 Mbit/s gemessen, während im Downstream weiterhin um die 250 Mbit/s übertragen wurden. Zu diesem Zeitpunkt schaltete in der Demonstration das Terminal im Bus den verwendeten Kanal für den Upstream um: Statt 3,5 GHz wurde nun 1,8 GHz verwendet. Dadurch sprang die Bitrate im Upstream von 5 auf etwa 20 Mbit/s. Der Downstream verblieb hingegen im Band um 3,5 GHz. Die Verwendung unterschiedlicher Frequenzbänder für Uplink und Downlink wird als "UL/DL Decoupling" bezeichnet. Bei 4G ist es hingegen üblich, dass dasselbe Frequenzband für Up- und Downlink verwendet wird, und bei Bedarf zusätzliche Bänder für den Downlink zugeschaltet werden ("Supplemental Downlink", SDL, und "Carrier Aggregation", CA).

Die Entkopplung von Uplink und Downlink ist eine der vielen technologischen Verbesserungen, mit denen sich 5G-Netze besser an diverse Einsatzszenarien anpassen können sollen als 2G-, 3G- und 4G-Netze.

In der Demonstration ging das Signal im Downlink verloren, als das Ende der Messehalle in ca. 800 Meter Entfernung von der Basisstation erreicht wurde. Da für eine erfolgreiche Übertragung immer Downlink und Uplink benötigt werden, sprang zu diesem Zeitpunkt auch die Anzeige für den Uplink auf 0, obwohl grundsätzlich weiterhin eine Uplink-Übertragung bei 1,8 GHz möglich gewesen sein sollte.

Auf der Rückfahrt wird nur auf 3,5 GHz übertragen. Der Uplink ist deutlich niedriger.
Foto: teltarif.de Auf der Rückfahrt des Busses wurde die Entkopplung deaktiviert. In der Folge wurden anfangs im Upstream nur niedrige Bitraten von wenigen Mbit/s erreicht. Hier machte sich die hohe Dämpfung des hochfrequenten Signals negativ bemerkbar. Im Downlink wurden hingegen auch in höherer Entfernung von der Basisstation noch gute Bitraten von über 100 Mbit/s gemessen. Hier wirkte sich vermutlich das Beamforming der Massive-MIMO-Antenne positiv aus.

Testfahrten wie die genannte sind wichtig, um die Software der Basisstationen zu optimieren. Dazu ist nicht mehr viel Zeit, schon 2019 sollen die ersten 5G-Installationen erfolgen, 2020 fällt der Startschuss für 5G in zahlreichen Ländern.