Das 5G-Frequenzspektrum verstehen

Das Low-Band-Spektrum wird derzeit für 2G-, 3G- und 4G-Dienste genutzt, für Sprach- und mobile Breitbanddienste (MBB) und das Internet of Things (IoT). Das neu zugewiesene Spektrum für mobile Netzwerke umfasst auch die 600-MHz- und 700-MHz-Bänder. Diese Bänder eignen sich ideal für eine großflächige Abdeckung und die Übertragung von draußen nach drinnen sowie zur tiefen Durchdringung von Innenräumen, wie sie typischerweise für eMBB- und Sprachdienste benötigt wird, aber auch für die M2M-Kommunikation von draußen ins Innere von Gebäuden, selbst in tief gelegene Keller.

Das Mid-Band-Spektrum wird derzeit für 2G-, 3G- und 4G-Dienste genutzt. Neue Frequenzen wurden vor allem im 3,5-GHz-Band zugewiesen, wobei auch die Bereitstellung von mehr Frequenzen im 1,5-GHz-Band (L-Band) und 5-GHz-Band (nicht lizenziert) geplant ist. Bandbreiten von 50 bis 100 Megahertz pro Netzwerk werden Netzwerke mit hoher Kapazität und geringer Latenz ermöglichen, die sich somit perfekt für erweitertes MBB (eMBB) sowie Ultra Reliable Low Latency Communications (URLLC) für kritische IoT-Anwendungen eignen. Mit einer besseren Flächen- und Innenraumabdeckung gegenüber dem High-Band-Spektrum bildet das Mid-Band-Spektrum einen optimalen Kompromiss zwischen Abdeckung, Qualität, Durchsatz, Kapazität und Latenz. Durch die Kombination des Mid-Band-Spektrums mit dem Low-Band-Spektrum ergeben sich außergewöhnliche Verbesserungen in Hinblick auf die Kapazität und Effizienz von Netzwerken.

Das High-Band-Spektrum bietet eindeutig den lange erwarteten Sprung bei Datengeschwindigkeit, Kapazität, Qualität und geringer Latenz, den 5G verspricht. Neue Frequenzbänder liegen meist im Bereich von 24 bis 50 GHz, mit angrenzenden Bandbreiten von mehr als 100 Megahertz pro Netzwerk. Das High-Band-Spektrum bietet eine gute Möglichkeit für Dienste mit sehr hohem Durchsatz für xMBB, ortsgebundene Bereitstellung und Anwendungsfälle mit geringer Latenz, wie beispielsweise industrielles IoT, Veranstaltungsorte und ähnliche Szenarien; zur Nutzung in Innenräumen sowie im Freien. Fixed Wireless Access (FWA) wird ebenfalls von diesen höheren Bändern profitieren, was die Kapazität anbelangt. Da der Abdeckungsbereich sehr eingeschränkt ist (bis rund 100 Meter), sind für die Abdeckung eines größeren Bereichs Kombinationen mit Low-Band und Mid-Band unerlässlich.

Jedes Frequenzband weist einzigartige Eigenschaften auf, das heißt, ein Dienstanbieter hat unterschiedliche Möglichkeiten, um ein Gleichgewicht aus Durchsatz, Abdeckung, Qualität und Latenz sowie Zuverlässigkeit und Bandbreiteneffizienz zu finden. Die Verfügbarkeit des Frequenzbands wird global zwischen den einzelnen Ländern und Regionen variieren, was Bänder, Mengen und Timing anbelangt.

Die 5G-Standards umfassen auch durchgehendes Network Slicing und Mobile Edge Computing, die entscheidend für die Unterstützung des Bedarfs vertikaler Branchensektoren sind. Insbesondere das Network Slicing wird den Betreibern das Erstellen virtueller Unternetzwerke (Slices) ermöglichen, die maßgeschneiderte Eigenschaften für spezifische Arten von Benutzern oder Nutzungsanforderungen aufweisen. Das Slicing betrifft neben den anderen Eigenschaften auch die Frequenzbänder und die Kanalauswahl. Beispielsweise eignen sich Slices mit ultraniedriger Latenz gut für automatisierte Fertigung, vernetzte Fahrzeuge und Telechirurgie. Dagegen lassen sich IoT-Netzwerke mit ihren zahlreichen Sensoren und Geräten wie Streaming-Videokameras in einem Slice unterbringen, der für umfangreiche Kommunikationsvolumen im Uplink ausgelegt ist.

Einige Branchen sind auf ultraniedrige Latenzen angewiesen, während andere extrem schnelle Download-Geschwindigkeiten benötigen. Einige brauchen eine stark örtlich begrenzte Konnektivität (etwa kleine Zellen für eine Fabrik), wogegen andere landesweite Konnektivität benötigen (beispielsweise ein großes Makro-Netzwerk zur Unterstützung von Sensoren für Versorgungsunternehmen). Jedes dieser Beispiele erfordert andere Frequenzbänder und Netzwerkressourcen.

Dienste mit ultraniedriger Latenz und Hochgeschwindigkeits-Breitbanddienste benötigen unterschiedliche Frequenzbänder, da ihre Anforderungen bezüglich der Funkressourcen nicht kompatibel sind. Ähnlich eignen sich ortsgebundene Dienste mit hoher Kapazität besser für Bänder mit großer Übertragungsrate (über 1 GHz), während landesweite Dienste von einer breiten Abdeckung profitieren (Sub-1GHz). Mobilfunkbetreiber sind am besten positioniert, um die breite Vielfalt der geplanten Dienste bereitzustellen, darunter auch private Netzwerke mit gemieteten Frequenzen, sofern die spezifischen Anforderungen bestimmter Branchen dies erfordern.

Betrachtet man die Kriterien Bandbreite und Durchdringung, lässt sich die folgende grobe Einteilung der Anwendungsfälle nach Frequenzband vornehmen.

Low-Band-Anwendungsfälle: Geringe Datenvolumen müssen zwischen einer großen Anzahl verteilter Geräte und dem Netzwerk ausgetauscht werden. Das Low-Band-Spektrum eignet sich zur Abdeckung großer Gebiete, wie etwa des ländlichen Raums, sowie zur tiefen Durchdringung von Innenräumen bis hin zu Kellergeschossen. Eine geringe Latenz lässt sich in diesem Frequenzband mithilfe von auf den Bedarf abgestimmten Slicing-Strategien erzielen.

Mid-Band-Anwendungsfälle: Diese Kategorie bietet das perfekte Gleichgewicht aus großer Bandbreite (500 Mbit/s bis 1-2 Gbit/s) und einer Reichweite der Zellen im zweistelligen Meterbereich. Für Anwendungen in Innenräumen muss das von draußen kommende Signal verstärkt werden. Ein Kompromiss zwischen Durchsatz und Latenz kann durch Network Slicing erreicht werden.

High-Band-Anwendungsfälle: Dieses Spektrum unterstützt all die Fälle, in denen eine sehr hohe Datenübertragungsrate benötigt wird, vor allem im Medien- und Unterhaltungsmarkt. Der Benutzer muss sich innerhalb weniger Meter nahe am Zugangspunkt befinden. In der Regel erfordern diese Anwendungsfälle eine maximale Geschwindigkeit, wobei aber auch in diesem Frequenzband ein sinnvoller Kompromiss aus Durchsatz und Latenz durch Network Slicing erreicht werden kann.