Richtfunk als Backhaul-Technik für Netzbetreiber 5G birgt neue Backhaul-Herausforderungen

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Die Umstellung auf 5G erfordert kurze Latenzen und große Kapazitäten. Gerade beim Backhaul müssen deshalb neue Technologien zum Einsatz kommen, um den modernen Anforderungen gerecht zu werden. Dualband-Richtfunk-Antennen sind hier eine interessante Option für Netzbetreiber.

5G stellt höhere Anforderungen an mobile Netzinfrastrukturen als frühere Mobilfunkstandards. Das liegt insbesondere an der geringen Latenzzeit, den hohen Datenübertragungsraten von bis zu 10 GBit/s und Anbindungsbedarf für eine 5G-Basisstation. Um den Verbrauchern unter diesen Gesichtspunkten ein neues Nutzererlebnis zu bieten, müssen Transportnetze für die Zukunft angepasst werden. Dabei gilt es nicht nur Datenübertragungsraten und Traffic-Kapazitäten zu erhöhen, sondern auch Faktoren wie die Latenz, Synchronisation und Sicherheit zu bedenken. Bereits heute nutzen Mobilfunkbetreiber verschiedene Herangehensweisen, um den gestiegenen Anforderungen durch 5G-Traffic gerecht zu werden:

• 1. Netzwerke werden durch Hinzufügen von bis zu zehn neuen Kleinzellen pro LTE-Makrozelle verdichtet.

• 2. Die Kapazitäten von bestehenden Funkzellen werden erhöht.

• 3. Die Reichweite der Netze wird erweitert, um nicht abgedeckte Gebiete zu bedienen.

Alle Methoden teilen jedoch eine Gemeinsamkeit: Die Funkzellen müssen mit dem Rest des Netzwerks über einen Backhaul verbunden werden. Obwohl dazu bereits verschiedene Backhaul-Lösungen existieren und auch zukünftig noch weitere hinzukommen, bietet der Richtfunk-Backhaul wohl einige Vorteile. Dieser setzt im Millimeterwellenbereich Dualbandantennen ein und schafft auf diese Weise ein günstiges Preis-Leistungs-Verhältnis und eine schnelle Verfügbarkeit.

Neue Herausforderungen durch 5G

Mit vorherigen Generationen des Mobilfunks wurden bereits Hindernisse in Bezug auf Verfügbarkeit, Kapazität, Kosten oder Reichweite überwunden. 5G bringt nun zwei neue Herausforderungen für den Backhaul auf die Tagesordnung: Zum einen besteht der Bedarf nach einer ausgesprochen hohen Netzwerkdichte, zum anderen müssen für anspruchsvolle Anwendungen niedrige Latenzzeiten eingehalten werden.

Bei Backhaul-Netzwerken bestehen, verglichen mit Front- und Midhaul, etwas weniger Anforderungen an die Latenzzeiten. Als größere Herausforderung erweisen sich die Kapazitäten. Während 4G-Netzwerke aktuell 1-Gigabit-Ethernet benötigen, wird der zukünftige Bedarf von Backhaul-Netzwerken bei 5G auf mindestens 10-Gigabit-Ethernet geschätzt. Ein weiterer Anstieg ist dabei nicht unwahrscheinlich.

Dieser hohe Kapazitätsbedarf wird am besten mit einer Glasfaseranbindung bedient. Die zahlreichen für 5G erforderlichen neuen Funkzellenstandorte sowie der Zeit- und Kostenaufwand, der durch die Verlegung von Glasfaser entsteht, schränken die Vorteile dieser Backhaul-Technologie erheblich ein. Deshalb setzten Netzbetreiber in letzter Zeit verstärkt Richtfunktechnologien für Mikro- und Millimeterwellen ein.

Richtfunk für Mikro- und Millimeterwellen

Durch die Mikrowellentechnologie im Richtfunk lassen sich einzelne oder zusammengefasste Funkzellen schnell und kostengünstig mit dem Kernnetzwerk verbinden. Da der Ausbau in den herkömmlichen Mikrowellenbändern (6–38 GHz) jedoch aufgrund starker Nutzung der Frequenzen begrenzt ist, können die Backhaul-Kapazitäten im Richtfunk daher nur in die Frequenzbereiche des E-Bands (71–86 GHz) verlagert werden.

Nicht zuletzt deshalb scheint der Markt für traditionelle Richtfunkfrequenzen in den nächsten Jahren zu stagnieren, während für den E-Band-Markt weltweit erhebliches Wachstum prognostiziert wird. Darauf deutet auch die bevorstehende Einführung des E-Bands in Indien hin, die die bestehenden Märkte in Europa, Nordamerika und dem Nahen Osten um einen weiteren ergänzt. Eine Entwicklung, die sich vermutlich auch zukünftig fortsetzen wird, sind doch 80 Prozent der Länder mit einer anerkannten Tele­kommu­ni­ka­tions­re­gu­lierungs­be­hörde für den Einsatz von E-Band offen. Und das nicht ohne Grund: Dank der beachtlichen Frequenzkanalgrößen und dem vergleichsweise einfachen Zugang zu den Frequenzen, aufgrund von regionalen Lizenzierungsstrategien, bleibt das E-Band eine attraktive Option für viele Netzbetreiber.

Nichtsdestotrotz weist auch das E-Band wegen seiner geringen Reichweite eine Schwachstelle auf. Da E-Band-Frequenzen stark von Antennendurchmesser sowie dem örtlichen Klima abhängen, können Signale nur wenige Kilometer (ca. 3,2 km) übertragen werden, bevor ihre Verfügbarkeit auf unter 99,999 Prozent sinkt – jene „Five Nines“, die für kritische Anwendungen empfohlen werden. Dieses Problem kann jedoch umgangen werden, indem E-Band-Signale mit denen traditioneller Mikrowellenfrequenzen kombiniert werden. Ein Backhaul, der herkömmliche Mikrowellen- mit Millimeterwellenfrequenzen vereint, bietet Betreibern schließlich die beste Kombination aus Signalqualität, Übertragungsentfernung, Time to Market und Total Cost of Ownership.

Der Schlüssel zum Erfolg: Dualbandantennen

Um Mikro- als auch Millimeterwellen erfolgreich zu kombinieren, erweisen sich Dualband-Richtfunk-Antennen als unerlässlich. Sie sind in der Lage, beide Wellenlängen auszustrahlen und nehmen damit eine Schlüsselrolle bei der Verbreitung dieser Technologie ein.

Durch Simulationen und Untersuchungen konnte bereits gezeigt werden, dass der Gebrauch von Dualbandantennen die Übertragungsentfernung sowie Richtfunkkapazitäten erhöhen und darüber hinaus die Gesamtkosten des Netzwerks reduzieren kann. Gleichzeitig bleibt das Netzwerk dank hoher Verfügbarkeit zuverlässig. Damit sind Dualbandantennen wegweisend für den Einsatz in künftige 5G-Netzen.

Über den Autor

Volker Ricker ist Director und Product Line Manager bei CommScope.

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