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10 GBit/s unterwegs: Die fünfte Mobilfunkgeneration

16.02.2015 | 10:14 Uhr |

Mit 10 GBit/s mobil im Internet surfen? Was nach ferner Zukunftsmusik klingt, soll schon in ein paar Jahren Realität werden. Wie das funktioniert, erklären wir hier.

10 GBit unterwegs! Das neue Highspeed-Netz (c) Deutsche Telekom
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© Deutsche Telekom

Mit immer neuen Nutzungsmöglichkeiten, die mobile Geräte wie Smartphones, Tablets & Co. bieten, wächst auch der Bedarf nach mehr Bandbreite. So haben manche Geräte schon jetzt Displays in 4K, also vierfacher Full-HD-Auflösung. Aber Filme unterwegs mit 4K zu streamen ist noch ziemlich illusorisch. Videos in dieser Auflösungen haben eine Bitrate von typischerweise mindestens 16 MBit/s. Zwar werben die Provider damit, dass sich mit UMTS/HSDPA bis zu 42,2 MBit/s erreichen lassen. Und dort wo die Mobilfunktechnologie LTE verfügbar ist, sollen sogar 50, 100 oder gar 300 MBit/s möglich sein.

Aber diese Werte gelten nur unter Idealbedingungen und nur wenn nicht gleichzeitig noch andere Nutzer der gleichen Funkzelle Daten anfordern. Das zeigen auch die Auswertungen des PC-WELT Netzmonitors . Sie basieren auf Messergebnissen von Nutzern der Geschwindigkeitstest-App „4Gmark / PC-WELT Netztest“, die Sie gratis für Android, iOS und Windows Phone in den App Stores und über http://get.4gmark.net erhalten.

Von wegen 42 MBit/s: Mit dem 3G-Mobilfunkstandard (UMTS/HSDPA) sind aufgrund der hohen Netzauslastungen laut PC-WELT Netzmonitor (www.pcwelt.de/netzmonitor) gerade mal um die 5 MBit/s durchschnittlich im Download drin.
Vergrößern Von wegen 42 MBit/s: Mit dem 3G-Mobilfunkstandard (UMTS/HSDPA) sind aufgrund der hohen Netzauslastungen laut PC-WELT Netzmonitor (www.pcwelt.de/netzmonitor) gerade mal um die 5 MBit/s durchschnittlich im Download drin.

Wie der PC-WELT Netzmonitor zeigt, liegt die realistisch erreichbare UMTS-Geschwindigkeit im Mittel bei 5 MBit/s. Und selbst für LTE wird eine Datenrate von 16 MBit/s konstant über Spielfilmlänge eine Herausforderung, insbesondere, wenn man sich während des Films mit hoher Geschwindigkeit fortbewegt.

Kurzer Spaß: Highspeed aktuell nur als „Quickie“

Aber selbst wenn man eine stabile Bitrate von 16 MBit/s erreicht, ist es mit dem Filmgenuss schnell vorbei. Denn ein 90-minütiger Film hat bei dieser Bitrate eine Größe von rund 11 GB. Selbst großzügig ausgelegte Mobilfunktarife bieten aber in der Regel nicht mehr als 5 bis 10 GB ungedrosseltes Datenvolumen – pro Monat! Die Provider müssen allerdings derzeit zwangsläufig drosseln, um dem Datenverkehr Einhalt zu gebieten und so jedem Nutzer die Möglichkeit zu geben, zumindest etwas vom Highspeed-Kuchen abzubekommen.

Kommende Mobilfunk-Generationen machen Drosselung unnötig

Wenn die Netzwerkausrüster also bereits jetzt an Lösungen mit den Bezeichnungen „4.5G“ und „5G“ arbeiten, die zukünftig Geschwindigkeiten von 1 GB/s und mehr bieten sollen, so ist das keineswegs verrückt, sondern absolut notwendig. Und zwar nicht unbedingt, damit einzelne Benutzer dann mit Gigabit-Geschwindigkeit das Internet nutzen können, sondern damit für jeden Benutzer zumindest eine Geschwindigkeit von 50 bis 100 MBit/s zuverlässig zur Verfügung steht. Und wenn das der Fall ist, muss vielleicht auch eines Tages nicht mehr gedrosselt werden.

Voraussetzungen für schnellere Mobilfunknetze

Stellt sich die Frage, was denn die Voraussetzungen dafür sind, dass Funknetze deutlich leistungsfähiger in Bezug auf Datenübertragung werden, als sie es bisher sind. Wichtig ist zum einen, dass ein deutlich größeres Frequenzspektrum von mehreren hundert Gigahertz zur Verfügung steht. Hier muss aber erstmal jeder Staat für sich überlegen, welche Frequenzbereiche er freigibt und zu welchen Konditionen.

In Deutschland wurden Mobilfunkfrequenzen in der Vergangenheit meistbietend an die Mobilfunkanbieter versteigert, spülten damit viel Geld in die Staatskasse und hinterließen bei den Betreibern ein großes Loch in der Bilanz. Dass das auch zukünftig so läuft, erscheint allerdings unwahrscheinlich. Denn Mobilfunktarife sind so günstig wie nie zuvor. Soll heißen: Die Mobilfunkbetreiber haben schlicht nicht mehr so viel Geld zum Kauf beziehungsweise zur Lizenzierung von Frequenzen zur Verfügung wie früher.

Der Staat ist hier gefordert, den Bieterwettbewerb nicht unnötig anzuheizen oder die Frequenzen am besten sogar kostenfrei zu gleichen Teilen an die Mobilfunkbetreiber abzugeben. Denn je niedriger die Kosten für den Netzausbau sind, desto niedriger können die Tarife auch zukünftig gehalten werden.

Mehr Basisstationen mit vielen kleinen Antennen

Ein anderer Punkt bezüglich Frequenzen: Je höher der Frequenzbereich, desto höher ist die mögliche Bandbreite. Andererseits sinkt gleichzeitig die Reichweite. Es müssen also erheblich mehr Basisstationen geschaffen werden – auch wenn diese wesentlich kompakter gehalten sein können als bisherige Antennenstandorte. Sogar so klein, dass sie einfach an die Häuserwand geschraubt werden können.

Mini-Funkzelle: Die kommende Mobilfunk-Generation erfordert ein wesentlich dichteres Netz an Basisstationen. Diese können dafür deutlich kleiner sein.
Vergrößern Mini-Funkzelle: Die kommende Mobilfunk-Generation erfordert ein wesentlich dichteres Netz an Basisstationen. Diese können dafür deutlich kleiner sein.
© Alcatel-Lucent

Stichwort Antennen: Auch hier besteht noch viel Optimierungs-Potenzial. Die schon heute häufig anzutreffende Mehrantennentechnik (Mimo - Multiple Input Multiple Output) sorgt für geringe Fehlerraten in der Übertragung, was sich wiederum positiv auf die Datenrate auswirkt. Dieses Verfahren lässt sich noch weiter verfeinern.

Durch Beamforming-Technik beziehungsweise „Massive Mimo“ wird es möglich, dass die an einen bestimmten Empfänger adressierten Signale nur in seine geographische Richtung ausgestrahlt werden statt wie bisher in alle Richtungen. So entstehen kleine Zellensegmente, die gleichzeitig mit hohem Tempo Daten übertragen können, ohne sich gegenseitig zu stören oder in der Geschwindigkeit zu beeinflussen. Dies senkt außerdem den Energiebedarf und die Strahlenbelastung, da nicht permanent und in voller Leistung im 360-Grad-Radius gesendet wird.

Effizienter müssen auch die für die Signalverarbeitung zuständig Chips in den Smartphones und Basisstationen werden. Je mehr Bit pro Sekunde pro Hertz übertragen werden sollen, desto höher sind die Anforderungen an die Komponenten.

Hyperschnelle Anbindung der Basisstationen ans Internet

Die großen Netzwerkausrüster arbeiten bereits fieberhaft an den entsprechenden Technologien, die dann bei den Mobilfunkbetreibern auf der einen Seite und in Mobilgeräten auf der anderen Seite zum Einsatz kommen werden. Die Netzbetreiber müssen aber auch noch ihre Hausaufgaben machen. Denn eine weitere Herausforderung ist die Anbindung der Basis-Stationen an das Internet. Diese muss natürlich auch in mehrfacher Gigabit-Geschwindigkeit erfolgen.

Hier führt an einer Glasfaser-Erschließung kein Weg vorbei, zumindest für das Kernnetz. Weitere Antennenstandorte lassen sich davon ausgehend per Richtfunk ans Netz bringen. Wenn diese Voraussetzungen alle erfüllt sind, kann es losgehen mit der Revolution im Mobilfunknetz.

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