Wanted: Frequenzen für den 5G-Mobilfunk

Wanted: Frequenzen für den 5G-Mobilfunk
09 Mai 2018

Die Bundesnetzagentur wird wohl noch in diesem Jahr einige Frequenzen für den Mobilfunk neu vergeben. Dies ist vor allem für die kommenden 5G-Netze relevant. Sie benötigen unbedingt neue Frequenzen, um die versprochene Bandbreite liefern zu können. Warum sind die Frequenzen so wichtig? Eine Erklärung.

Live-TV und genügend Bandbreite für das autonome Auto oder andere vernetzte Geräte im Internet der Dinge (IoT) – der neue Mobilfunkstandard 5G verspricht die Übertragung von Daten in Echtzeit mit extrem niedrigen Latenzzeiten von unter einer Millisekunde. 5G wird mit einer Datenrate von theoretisch bis zu 1 GBit/s (=10.000 MBit/s) etwa 100mal schneller sein als das aktuelle LTE. Doch der Aufbau der 5G-Netze ist aufwändig und kostspielig.

Für 5G braucht man eine höhere Dichte von Basisstationen mit viel kleineren Funkradien sowie viel breitere Frequenzspektren. Denn steigende Datenmengen und höhere Übertragungsgeschwindigkeiten erfordern mehr Spektrum. Doch das Spektrum ist in heutigen Mobilfunkbändern weitgehend ausgeschöpft. Für den weiteren Ausbau der Mobilfunkkapazitäten werden daher neue Frequenzen benötigt.

Die Wellenlänge macht den Unterschied

Zum Hintergrund: Beim Mobilfunk werden Sprache und Daten über elektromagnetische Wellen auf vorgegebenen Frequenzen zwischen den Funkzellen übertragen. Die verschiedenen Frequenzbereiche unterscheiden sich technisch kaum. Wichtigster Unterschied ist die Wellenlänge. Als Faustregel gilt: Je niedriger die Frequenz (in Megahertz MHz), desto länger die Wellen, aber desto weniger Leistung ist möglich. Im Umkehrschluss ist mit einem höheren MHz-Bereich eine kürzere Reichweite, aber mehr Leistung verbunden.

LTE beispielsweise ist in Deutschland auf den Frequenzbändern bei 800, 1800 und 2600 MHz verfügbar. Da LTE bei 800 MHz sehr weit strahlt, können die Netzbetreiber sehr große Funkzellen bis über 20 Kilometer Durchmesser bauen. Damit kann man dünn besiedelte Gebiete auf dem flachen Lande mit einer relativ kleinen Zahl von LTE-800-Basisstationen versorgen. Die kleinen 2600-MHz-LTE-Zellen am anderen Ende der Skala eignen sich vor allem an stark bevölkerten Hotspots wie Messen, Bahnhöfen und Flughäfen. LTE-1800 ist ein guter Kompromiss zwischen LTE-800 und LTE-2600.

Frequenzen für 5G

Da sich der Mobilfunk aber das begrenzte elektromagnetische Spektrum mit anderen Techniken wie Amateurfunk, terrestrischem Fernsehen (DVBT-2) oder Polizeifunk teilen muss, sind freie Frequenzen knappe Güter. Verantwortlich für den Frequenzplan und die Vergabe der Frequenzen ist die Bundesnetzagentur. Sie hat die Frequenzen für die Mobilfunkanbieter immer wieder höchstbietend versteigert. Für die UMTS-Lizenzen beispielsweise waren im Jahr 2000 rund 50 Milliarden Euro fällig.

Um neue Frequenzen für 5G zu schaffen, gibt es zum einen die Möglichkeit, nicht mehr benötigte Bereiche für den 5G-Betrieb freizugeben. So wird beispielsweise der Betrieb des dritten Mobilfunkstandards (3G / UMTS) in absehbarer Zukunft eingestellt. Im Jahr 2020 werden bereits UMTS-Frequenzen (1900 MHz und 2100 MHz) frei – diese sollen auch Teil der 5G-Auktion sein. Auch die Mittellücke des 700-MHz-Frequenzbandes will die Bundesnetzagentur wohl mittelfristig für 5G frei räumen. Aktuell läuft auf dieser Frequenz noch das Antennenfernsehen DVB-T.

Die zweite Option liegt darin, höhere Frequenzen als derzeit zu aktivieren. Aktuell ist weltweit meist bei 3 GHz Schluss. Die Bundesregierung sieht hier Potenzial für 5G im Spektrum um 3,5 GHz oder den sehr hohen Frequenzen im sogenannten Millimeterband oberhalb von 24 GHz. Der Nachteil dieser sehr hohen Frequenzen ist eine Signalreichweite von nur wenigen 100 Metern. Die Bereiche um 24 GHz wären daher nur in Großstädten realistisch bei einem sehr engmaschigen Ausbau von Funkstationen etwa mit Mini-Funkmasten an Straßenlaternen.

Nähe zur Basisstation zählt

Bei allen Frequenzen gilt: Je näher sich der Nutzer an der Basisstation befindet, desto höher sind die Datenraten und desto geringer sind die Latenzzeiten ((Laufzeit eines Datenpakets vom Sender zum Empfänger = Ping). Am Rande der Mobilfunkzellen dagegen tendiert der Datendurchsatz gegen Null. Zudem müssen sich die Mobilfunk-Anwender müssen sich die verfügbare Bandbreite teilen. Je mehr Nutzer sich in einer Funkzelle befinden, desto niedriger fällt die Surf-Geschwindigkeit aus; bei LTE 100 Mbit/s werden daher nur unter optimalen Bedingungen erreicht. Das Gleiche gilt künftig natürlich auch für 5G und seine theoretische Datenrate von 1 Gbit/s. We will see.

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Stefan Winklhofer

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