36C3 - Der Pfad von 4G zu 5G

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

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