Umfassende Bewertung der Leistungssteigerung von 5G gegenüber 4G in den Niedrig- und Mittelbändern in der Praxis

Kernkonzepte

Der Leistungsgewinn von 5G gegenüber 4G ist hauptsächlich auf die breiteren Kanalbandbreiten, sowohl einzeln als auch durch Kanalbündelung, zurückzuführen. Darüber hinaus erfordert eine verbesserte 5G-Leistung bessere Signalbedingungen, die durch eine dichtere Ausrüstung und/oder den Einsatz von Strahlformung in den Mittelbändern erreicht werden können. Die Kanalrangfolge in realen Umgebungen unterstützt selten die volle 4-Schichten-4x4-MIMO, und fortschrittliche Funktionen wie MU-MIMO und höhere Modulationsarten wie 1024-QAM wurden noch nicht weit verbreitet eingesetzt.

Zusammenfassung

Die Analyse der Messergebnisse zeigt Folgendes:

1. Vergleich der Throughput-Leistung zwischen NR und LTE:

• Die Throughput-Verbesserung von 5G gegenüber 4G wird hauptsächlich durch die breiteren Kanalbandbereiten beeinflusst, sowohl durch einzelne Kanäle als auch durch Kanalbündelung.
• Zusätzlich zu den breiteren Kanälen erfordert eine verbesserte 5G-Throughput-Leistung bessere Signalbedingungen, die durch eine dichtere Ausrüstung und/oder den Einsatz von Strahlformung in den Mittelbändern erreicht werden können.

2. Auswirkung von Ausrüstungsdichte und Strahlformung auf den Downlink-Throughput:

• Der Vergleich der von den drei Betreibern eingesetzten Basisstationsdichte und der verwendeten Strahlformungsmodi zeigt, dass eine dichtere Ausrüstung zusammen mit der Verwendung von mehr Strahlen in den Mittelbändern zu einer verbesserten allgemeinen Signalstärke und damit zu einer höheren spektralen Effizienz führt.

3. Analyse des Beitrags verschiedener 4G- und 5G-Signalparameter zum normierten Downlink-Throughput:

• Der Beitrag verschiedener Signalparameter wie Referenzsignalempfangsleistung (RSRP), Modulationscodierungsschema (MCS) und Kanalqualitätsindikator (CQI) zum normierten Throughput wird weiter analysiert. Es wird gezeigt, dass sich diese Parameter in NR ähnlich wie in LTE verhalten.
• Es wird auch festgestellt, dass die in Release 17 eingeführte 1024-QAM-Modulation noch nicht weit verbreitet eingesetzt wird.

4. Vergleich der Mehrfacheingabe-Mehrfachausgabe (MIMO)-Leistung in NR und LTE:

• Eine vergleichende Analyse des Rangindikator (RI)-Werts zeigt einen marginalen Anstieg der NR-MIMO-Leistung gegenüber LTE in Bezug auf den tatsächlichen Kanalrang und die Anzahl der Schichten, die der physikalische Kanal unterstützen kann.
• Es wird auch festgestellt, dass Multi-Nutzer-MIMO (MU-MIMO) in den untersuchten Städten noch nicht eingesetzt wurde.

5. Vergleich der Latenzleistung zwischen NR-SA, NR-NSA und LTE-Netzen in den Niedrig- und Mittelbändern für T-Mobile:

• Da T-Mobile der einzige Betreiber mit weit verbreitetem NR-SA ist, wurde die Latenzleistung von NR-SA, NR-NSA und LTE verglichen. Das Mittelband-NR-SA zeigt die beste Latenzleistung aufgrund der Kombination aus geringerem Signalisierungsoverhead (im Vergleich zu NR-NSA) und einer dichteren Mittelband-Ausrüstung.

Statistiken

Die Mittelband-NR-Kanäle erreichen eine mediane Downlink-Throughput-Leistung von bis zu 218 Mbit/s.
Die Mittelband-LTE-Kanäle erreichen eine mediane Downlink-Throughput-Leistung von bis zu 31 Mbit/s.
Der normierte Downlink-Throughput liegt bei den meisten Kanälen zwischen 1,9 und 2,3 Bit/s/Hz/Stream, ähnlich der theoretischen Kapazität von uncodiertem QPSK mit 2 Bit/s/Hz.
Der höchste normierte Downlink-Throughput von 3,14 Bit/s/Hz/Stream wird von TMO-n41 erreicht.

Zitate

"Der Leistungsgewinn von 5G gegenüber 4G ist hauptsächlich auf die breiteren Kanalbandbreiten, sowohl einzeln als auch durch Kanalbündelung, zurückzuführen."
"Zusätzlich zu den breiteren Kanälen erfordert eine verbesserte 5G-Throughput-Leistung bessere Signalbedingungen, die durch eine dichtere Ausrüstung und/oder den Einsatz von Strahlformung in den Mittelbändern erreicht werden können."
"Die Kanalrangfolge in realen Umgebungen unterstützt selten die volle 4-Schichten-4x4-MIMO, und fortschrittliche Funktionen wie MU-MIMO und höhere Modulationsarten wie 1024-QAM wurden noch nicht weit verbreitet eingesetzt."

Wichtige Erkenntnisse aus

A Comprehensive Real-World Evaluation of 5G Improvements over 4G in Low- and Mid-Bands

by Muhammad Iqb... um arxiv.org 03-19-2024

https://arxiv.org/pdf/2312.00957.pdf

Tiefere Fragen

Wie können die Erkenntnisse aus dieser Studie dazu beitragen, die Architektur und Implementierung zukünftiger Mobilfunkgenerationen zu optimieren?

Die Erkenntnisse aus dieser Studie bieten wichtige Einblicke in die Leistungsfaktoren von 4G und 5G Mobilfunknetzen, insbesondere im Hinblick auf die Durchsatzleistung und Latenz. Durch die Feststellung, dass die Hauptursache für den höheren Durchsatz in 5G die breiteren Bandbreiten und verbesserten Signalstärken sind, können zukünftige Mobilfunkgenerationen darauf abzielen, diese Aspekte weiter zu optimieren. Eine dichtere Bereitstellung von Basisstationen und die Verwendung von mehr Strahlen könnten die Signalstärke verbessern und somit die spektrale Effizienz erhöhen. Darüber hinaus könnten die Implementierung von fortgeschrittenen Funktionen wie MU-MIMO und höheren Modulationen sowie die Berücksichtigung von Faktoren wie Kanalbedingungen und MIMO-Rank in der Architektur zukünftiger Mobilfunknetze eine Schlüsselrolle spielen.

Welche zusätzlichen Faktoren, die in dieser Studie nicht berücksichtigt wurden, könnten die Leistungsunterschiede zwischen 4G und 5G beeinflussen?

Obwohl die Studie wichtige Faktoren wie Bandbreite, Signalstärke, Modulation und MIMO-Rank berücksichtigt hat, gibt es weitere Faktoren, die die Leistungsunterschiede zwischen 4G und 5G beeinflussen könnten. Dazu gehören Aspekte wie Interferenzen, Fading-Effekte, Hardwarebeschränkungen von Endgeräten, regulatorische Einschränkungen und die Effizienz von Netzwerkprotokollen. Darüber hinaus könnten Umweltfaktoren wie Gebäudestrukturen, Gelände und Wetterbedingungen die Leistung der Mobilfunknetze beeinflussen. Die Berücksichtigung dieser zusätzlichen Faktoren könnte ein umfassenderes Verständnis der Leistungsunterschiede zwischen 4G und 5G ermöglichen.

Welche Auswirkungen könnten die in dieser Studie beobachteten Trends auf die Entwicklung und Einführung von 6G haben?

Die in dieser Studie beobachteten Trends könnten die Entwicklung und Einführung von 6G auf verschiedene Weisen beeinflussen. Zum einen könnten die Erkenntnisse zur Bedeutung von breiteren Bandbreiten, dichterer Bereitstellung und verbesserten Signalstärken dazu beitragen, dass 6G-Netze diese Aspekte weiter optimieren, um eine noch höhere Leistung zu erzielen. Darüber hinaus könnten die Einsichten in die Effektivität von fortgeschrittenen Technologien wie MU-MIMO und höheren Modulationen die Integration dieser Funktionen in zukünftige Netzwerke vorantreiben. Die Betonung der Architektur mit einer ausgewogenen Kombination von Technologien und Bereitstellungsstrategien könnte dazu beitragen, dass 6G-Netze eine verbesserte Leistung und Effizienz bieten.