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Überblick: Der 5G-Fahrplan der 3GPP

Das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) hat die Spezifikationen für alle Mobilfunkgenerationen seit 3G standardisiert. Hier ein Überblick über die 5G-Versionen.

Das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) ist eine weltweite Kooperation von Gremien für die Standardisierung im Mobilfunk. Ursprünglich hatten sie sich zusammengeschlossen, um globale Spezifikationen und Standards für die 3G-Technologie zu entwickeln.

3GPP ist immer noch aktiv und arbeitet an neuen Releases für die 5G-Technologie mit standardisierten Funktionen und Spezifikationen, die Entwickler nutzen und implementieren können. Eine Information vorweg: Während die bisherigen Mobilfunktechnologien vor allem für Privatnutzer gedacht waren, konzentrieren sich die 5G-Versionen des 3rd Generation Partnership Project stärker auf neue Funktionen für Unternehmen.

Balazs Bertenyi, Vorsitzender des Radio Access Network (RAN) beim 3GPP, rechnet damit, dass die einzelnen 5G-Releases sowie die 5G-Technologie im Allgemeinen voraussichtlich schneller fertig und kommerziell verfügbar sein werden als frühere Mobilfunkgenerationen.

Die Mitglieder des 3GPP treffen sich viermal im Jahr am Ende eines jeden Quartals, um neue Versionen zu planen und zu entwickeln, die frühere Releases verbessern und neue standardisierte Funktionalitäten bieten. Die vier bereits für 5G vorgesehenen Versionen sind die Releases 15, 16, 17 und 18. 3GPP kann jedoch weitere hinzufügen, wenn sich die Technologie und die Anforderungen der Nutzer im Laufe der Zeit weiterentwickeln.

In diesem Artikel werfen wir einen Blick auf den Zeitplan der bisherigen 5G RAN-Releases des 3GPP sowie die bemerkenswerten Funktionen der einzelnen Releases und zeigen, wie die Coronapandemie die Pläne des 3GPP zusätzlich zu den Zeitplänen der Netzbetreiber für die 5G-Einführung beeinflusst hat.

Der Start: Das 3GPP 5G-Release 15

3GPP 5G-Release 15 – erste Phase

Zeitlicher Rahmen: 3GPP genehmigte das erste Paket für die 5G-Version 15 im März 2017 – dem ersten Treffen der Gruppe im Jahr 2017. Release 15 zeigte sofort, dass es sich von seinen Vorgängern und Nachfolgern unterscheiden würde, da es drei RAN-Phasen enthielt. Die meisten Versionen bestanden bislang aus einer Phase.

Der erste Entwurf konzentrierte sich vor allem auf mobiles Breitband für die NSA-5G-Architektur (Non-Standalone), sagte Bertenyi. NSA-Architektur bedeutet, dass 5G den Vorgänger 4G als Basis benötigt und 5G darauf aufbaut, um die Kapazität oder Netzwerkgeschwindigkeit zu erhöhen.

Das erste RAN-Freeze des Release 15 fand im Dezember 2017 statt. Nach einem Freeze können die Spezifikationen nicht mehr geändert werden, und die Entwurfsphase ist abgeschlossen. Mit diesem ersten Freeze wurde die physische Schicht für den ersten Entwurf von Release 15 fertiggestellt, laut Bertenyi der erste Aspekt, den 3GPP auf der RAN-Seite abschließt. Das Einfrieren des Protokolls fand drei Monate später im März 2018 statt und folgte damit einem relativ standardmäßigen Zeitplan für 3GPP-Releases.

Bemerkenswerte Funktionen und Merkmale: Dieser erste Entwurf war bedeutsam, weil er 5G als Technologie und erste 5G-Funktionalitäten einführte. Er brachte die Geschwindigkeits- und Kapazitätssteigerungen sowie mobiles Breitband, das Bertenyi als „Brot und Butter“ der Mobilfunktechnologie bezeichnet. Zudem stellt Release 15 die Weichen für fortschrittlichere Technologien wie Multiple Input, Multiple Output (MIMO). Auch die 5G-New-Radio-Technologie (5G NR) sowie die Spezifikationen für die 5G-NR-Hardwareentwicklung wurden in der ersten Phase von Release 15 definiert. „Aus Sicht der Industrie war dies vielleicht das wichtigste Element dieser frühen Phase: Es erlaubte, erste Probleme zu erkennen und Entwicklungsschwierigkeiten von New Radio zu erarbeiten“, kommentiert Bertenyi.

3GPP 5G-Release 15 – zweite Phase

Zeitlicher Rahmen: In der zweiten Phase, die Bertenyi als die „Hauptphase“ von Release 15 bezeichnet, erfolgte der Freeze der physischen Schicht im Juni 2018, und sie führte die Standalone (SA) 5G-Architektur ein. Im Gegensatz zur NSA-Architektur ermöglicht die SA-Architektur, dass 5G ohne eine 4G-Basis existieren kann. Die Arbeiten am Protokoll wurden auf dem 3GPP-Treffen im September 2018 eingefroren.

Bemerkenswerte Funktionen und Merkmale: Zusammen mit der SA-5G-Architektur kamen laut Bertenyi die zentralen und wichtigsten Funktionen von 5G hinzu, einschließlich eines integralen Bestandteils von 5G: der Architektur des Kernnetzwerks, die die SA-Architektur ermöglicht. Ein weiteres Merkmal der gesamten 5G-Suite ist die zuverlässig niedrige Latenz, eine Konnektivität, die schnelle Reaktionen und zuverlässige Fernkommunikation ermöglicht. Bertenyi nennt dies einen „wahren Game Changer für 5G“.

3GPP 5G-Release 15 – dritte Phase

Zeitlicher Rahmen: In der dritten und letzten Phase von Release 15 fand der Freeze des Physical Layers im März 2019 statt, der Freeze des Protokolls folgte drei Monate später im Juni 2019. Mit diesem Freeze war Release 15 abgeschlossen. Laut dem Technologie-Journalisten Dan Jones ermöglichte diese Version gegen Ende 2019 auch die kommerzielle 5G-Verfügbarkeit, als die US-Carrier begannen, ihre eigene 5G-Technologie einzusetzen.

Bemerkenswerte Funktionen und Merkmale: Diese letzte Phase war weniger maßgebend als die beiden anderen Phasen von Release 15, weil sie verschiedene Architekturen einführte, die 3GPP standardisierte, um die Migration von 4G zu 5G zu vereinfachen. Diese Architekturen sind jedoch für die Migration nicht erforderlich, da 5G die Funktion Dynamic Spectrum Sharing (DSS) nutzt, die später in Release 16 eingeführt wurde, und damit das Frequenz-Spektrum mit bestehenden 4G-Verbindungen teilen kann. Daher war diese dritte Phase des Releases 15 nicht entscheidend für die allgemeine 5G-Funktionalität.

Abbildung 1: Der Zeitplan der 5G-Releases.
Abbildung 1: Der Zeitplan der 5G-Releases.

3GPP Release 16

Zeitlicher Rahmen: Das 3GPP genehmigte das Paket für Release 16 im Juni 2018. Hintergrund: Die Standardisierungsgremien geben im Regelfall das erste Paket des nächsten Releases während derselben Besprechung frei, in der sie den Standard einfrieren, an dem sie gerade arbeiten. Daher genehmigte das 3GPP gleichzeitig das erste Release-16-Paket und fror die Arbeit am Physical Layer für die zweite Phase (Hauptpaket) der 5G-Version 15 ein.

Der Freeze des Physical Layer von Release 16 erfolgte im Dezember 2019. Die zeitliche Verzögerung von der Genehmigung des Releases 16 im Juni 2018 bis zum Einfrieren im Dezember 2019 resultierte wahrscheinlich aus den mehreren Phasen von Release 15, die viel Arbeit und Aufmerksamkeit erforderten. Der Freeze der Arbeit am Protokoll und den Funktionen von Version 16 erfolgte im Juni 2020.

Während 3GPP in der Regel die Arbeit an der physischen Schicht und am Protokoll innerhalb von drei Monaten abschließt, zwang die Coronapandemie die Gruppe, sich ab März 2020 virtuell zu treffen. Dadurch verzögerte sich die Arbeit an Release 16 und den Nachfolgeversionen.

Bemerkenswerte Funktionen und Merkmale: In Release 16 setzte das 3GPP die vorherigen Arbeiten zu Funktionen aus Release 15 wie mobilem Breitband fort, führte aber auch DSS, Network Slicing und Funktionen für private 5G-Netzwerke ein. Laut Jones ist Network Slicing ein wichtiger Bestandteil von Release 16, da es Unternehmen ermöglicht, Aspekte ihrer Netzwerke im Laufe der Zeit zu ändern.

Beim Network Slicing werden mehrere virtuelle Netze auf einer gemeinsamen physischen Infrastruktur betrieben. Damit können Betreiber ihre Infrastruktur oder einzelne Teile (Slices) anwendungsbezogen bereitstellen, als eigenes Netz mit besonderen Eigenschaften wie schneller Reaktionszeit oder einer bestimmten zugesicherten Datenkapazität.

Ab Release 2016 liegt ein spezieller Fokus von 5G auf Unternehmens- und Geschäftsanwendungen. Von privaten 5G-Netzwerken und Network Slicing-Funktionen werden in erster Linie Unternehmen und nicht Verbraucher profitieren. Zudem verschwimmen dadurch laut Jones und Bertenyi die Grenzen zwischen rein zellularen und reinen WLAN-Funktionen.

„Es gibt viele Elemente von WLAN-Netzwerken, die nicht all diese Funkfunktionen von Natur aus unterstützen. WLAN ist eine gute Sache, weil es relativ billig, einfach zu konfigurieren und quasi von der Stange erhältlich ist. Aber es wird beispielsweise nie eine niedrige Latenz unterstützen, wenn Firmen diese Art von Funktionalität in ihrem Netzwerk benötigen“, meint Bertenyi.

3GPP Release 17

Zeitlicher Rahmen: 3GPP genehmigte das Release 17-Paket im Dezember 2019 auf derselben Sitzung, bei der das Gremium die Arbeit an der physischen Schicht von Release 16 einfror. COVID-19 hat das Release 17 am stärksten beeinflusst, da der Großteil der Arbeit für dieses Release virtuell erfolgte. Weil 3GPP global zusammenarbeitet, steigerte sich die Komplexität von Besprechungen per Videokonferenz noch weiter.

Die Pandemie verzögerte den ursprünglich geplanten Start von Release 17 um etwa sechs Monate. Das 3GPP traf sich im Dezember 2020, um einen aktualisierten Zeitplan für Release 17 zu erörtern, und veröffentlichte nach diesem Treffen eine offizielle Ankündigung mit dem aktuellen, geplanten Terminplan der Gruppe für Release 17.

Die geplanten Termine für das Einfrieren der Arbeit an der physischen Schicht, der Funktionen und der Protokolle von Release 17 sind Dezember 2021, März 2022 beziehungsweise Juni 2022. In diesem Zeitplan geht das 3GPP davon aus, dass ab Juni 2021 wieder persönliche Treffen stattfinden können. Das kann sich jedoch abhängig von der Entwicklung der Coronapandemie jederzeit ändern.

Bemerkenswerte Funktionen und Merkmale: Wie Release 16 wird auch Release 17 die Funktionen der Releases 15 und 16 verbessern, einschließlich DSS- und privater 5G-Netzwerkfunktionen. Release 17 wird auch neue Funktionen einführen wie zum Beispiel eine verbesserte Batterienutzung und den Zugriff via Satellit.

Satellitenunternehmen hätten im Laufe der Zeit hauptsächlich proprietäre Funktechnologien eingesetzt und damit zu kämpfen, erklärt Bertenyi. Mit dem Aufkommen von 5G wollten viele dieser Unternehmen 5G NR für ihre Satellitentechnologie einführen – und konnten das 3GPP von ihrem Vorhaben überzeugen. „Mit Release 17 erledigen wir tatsächlich die ersten Arbeiten, um 5G NR für den Zugriff via Satellit zu öffnen“, sagt Bertenyi.

3GPP Release 18 und höher

4G brauchte zehn Jahre und sechs verschiedene 3GPP-Versionen, um all seine derzeitigen Funktionen zu erhalten. Daher ist es wahrscheinlich, dass 5G noch weitere Versionen erhalten wird. Nach dem Treffen im Dezember 2020 aktualisierte 3GPP seine öffentlich dokumentierten Informationen, um Release 18 als 5G-Version aufzunehmen.

Die Coronapandemie hat die Produktion von Release 18 verzögert, da die Mitglieder von 3GPP sich nicht persönlich treffen konnten, um zu diskutieren und zu bestimmen, wie die neue Version 18 aussehen könnte. Im Juni 2021 sind wieder erste persönliche Treffen geplant. 3GPP erwartet, dass die Gruppe das erste Paket von Release 18 im Dezember 2021 genehmigt – beim selben Treffen, bei dem die Gruppe den Freeze der Arbeit an der physischen Schicht von Release 17 plant.

Dies hängt jedoch davon ab, ob sich die Gruppe wieder physisch versammeln kann oder ob die Besprechungen auf absehbare Zeit nur virtuell stattfinden können.

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