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Editorial: Das Reichweitenwunder

5G bei 3500 MHz soll dieselbe Reichweite erreichen wie UMTS bei 2100 MHz. Verschiedene Maßnahmen sollen dieses Reichweitenwunder ermöglichen. Kann das wirklich gelingen?
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Auf dem Mobile World Congress in Barcelona fiel diese Woche vor allem ein Umstand auf: Die Zuversicht, mit der die Mobilfunk­branche nach vorne blickt. Der anstehende Technologiesprung auf 5G soll mindestens genauso erfolgreich sein wie vor etlichen Jahren die Einführung von 4G alias LTE. Dabei ist der aktuelle Mobilfunkstandard 4G noch alles andere als fertig: Netzintegrierte Sprachdienste über 4G/LTE (alias VoLTE) sind beispielsweise weiterhin nur mit bestimmten Endgeräten möglich. Und auch die LTE-Netze sind, was es den Ausbau anbelangt, noch lange nicht im Endstadium angekommen.

Ein Problem bei der Einführung von 5G wird jedoch der Frequenzmangel sein. Die Ausrüster sprechen von mindestens 100 MHz Bandbreite, die in einem Träger zur Verfügung stehen sollten. Zum Vergleich: Im jüngst versteigerten 700-MHz-Band stehen lediglich 2 x 30 MHz zur Verfügung, und zwar für alle Netzbetreiber gemeinsam. Das niedrigste Band, in dem genügend Kapazität bereitsteht, um mehrere Netzbetreiber mit einem 100 MHz breitem Frequenzpaket versorgen zu können, liegt daher um die 3,5 GHz. Das ist (fast) die doppelte Basisfrequenz wie bei GSM-1800 und immer noch erheblich höher als die 2,1 GHz von 3G/UMTS.

Wer die Einführung der "E"-Netze vor zwanzig Jahren noch in Erinnerung hat, kann sich sicher auch daran erinnern, wie viel schwächer deren Reichweite aufgrund der Frequenz von 1,8 GHz im Vergleich zu dem "D"-Netzen bei 0,9 GHz war. Und nun soll 5G mit der abermals verdoppelten Frequenz an den Start gehen? Droht hier nicht der Reichweiten­kollaps?

Verbesserte Technologie

5G - ein Reichweitenwunder?5G - ein Reichweitenwunder? Nun, erstaunlicher­weise empfiehlt der chinesische Mobilfunk-Ausrüster Huawei, 5G bei 3,5 GHz mit demselben Sendernetzwerk zu betreiben wie UMTS bei 2,1 GHz. Trotz des deutlichen Frequenz­unterschieds sei bei beiden Technologien eine ähnlich gute Abdeckung zu erwarten! Ob das sein könne, haben wir bei einem anderen Ausrüster nachgefragt, nämlich bei Ericsson. Dort bekamen wir die Antwort, dass das Ziel, die Reichweite von UMTS-2100 mit 5G-3500 zu erreichen, zwar sehr ambitioniert sei. Die erwartete Antwort: "Das geht nicht", blieb aber aus. Auch Ericsson geht also davon aus, dass 5G ein kleines Reichweiten­wunder vollbringt.

Die Maßnahmen, die die wundersame Vermehrung der Reichweite bringen sollen, sind vielfältig. Eine davon ist die laufende Verbesserung der Sender- und Empfängertechnik, so dass das Signal präziser ausgesendet und rauschärmer empfangen wird. Die Zahl der dauerhaft ausgesendeten Referenzsignale wurde drastisch reduziert, um die Störungen zwischen benachbarten Basisstationen (und den Stromverbrauch bei ruhigem Netz) zu reduzieren. Der Hauptteil des Reichweiten­gewinns soll aber mit Beamforming erzielt werden: Dabei werden viele kleine Antennen in der Basisstation elektronisch zu einer großen, gerichteten Antenne zusammengeschaltet. So kommt wesentlich mehr Nutzsignal beim Endgerät an, weil deutlich weniger Energie in die falsche Richtung gesendet wird.

Beamforming, von den Ausrüstern tendenziell etwas irreführend meist als Massive MIMO bezeichnet, war überhaupt so etwas wie der Star des diesjährigen Mobile World Congress. Gaben die Ausrüster vor zwei Jahren noch an, damit die Kapazität einer Zelle bei unveränderter Frequenz­ausstattung verdreifachen zu können, so sind sie inzwischen beim Faktor sechs angelangt. Denn mit einer Massive-MIMO-Antenne kann eine Basisstation nicht nur einen Strahl formen, sondern viele gleichzeitig. Im Optimalfall "fühlt" sich dann jedes Endgerät wie in einer leeren Zelle. Die Gesamtkapazität steigt dadurch drastisch: Beim Faktor sechs ist vermutlich noch nicht das Ende der Möglichkeiten erreicht.

Kompatibel mit 4G

Massive MIMO und Beamforming sind nicht den künftigen 5G-Netzen vorbehalten. Jüngst testete der Netzbetreiber mit dem insgesamt höchsten transportierten Datenvolumen in Deutschland, Telefónica, Massive MIMO bei 3,5 GHz und LTE als Mobilfunk­standard. Insgesamt wurden 650 MBit/s erreicht, das mehr als Vierfache dessen, was sonst mit einem 20 MHz breiten LTE-Band unter optimalen Bedingungen möglich ist. Telefónica, die aus der Übernahme gescheiterter WLL-Anbieter über erhebliche Frequenz­ressourcen im 3,5-GHz-Band verfügen, wollen die Massive-MIMO-Technologie künftig an Stellen mit Versorgungs­engpässen in Betrieb nehmen, beispielsweise Bahnhöfen.

Beim Wechsel zu 5G werden sich die erzielten Bitraten im Optimalfall verzehnfachen: 100 MHz statt 20 MHz Bandbreite bringen einen Faktor fünf, und vier (statt zwei) Antennen im Empfänger nochmal den Faktor zwei.

Abwarten

Massive MIMO funktioniert also grundsätzlich. Es bleibt aber abzuwarten, wie viel es in der Praxis bringt, und welche zusätzlichen Probleme auftauchen, wenn Massive MIMO nicht nur in dedizierten Feldtests oder an isolierten Brennpunkten eingesetzt wird, sondern ein ganzes Netz auf der Basis von Massive MIMO aufgebaut wird. Zudem sind für Massive MIMO vollkommen andere Antennen nötig als bisher. Das Versprechen der Ausrüster, dass heute verkaufte Basisstationen bereits bereit für 5G sind, wird dadurch entsprechend ausgehöhlt. Fest steht daher bis heute nur: 5G wird es sicherlich ermöglichen, im Kernbereich von bestehenden Basisstationen einen neuen, superschnellen Kanal zu öffnen, der die bestehende Basisstation entsprechend entlastet und damit die 4G-Versorgung am Rand der Zelle verbessert. Ob noch mehr geht und sich auch der Rand von UMTS-2100- oder LTE-2600-Zellen mit 5G-3500 versorgen lässt, wird sich erst zeigen.

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