Grenzenlose mobile Kommunikation

Small Cells für den wachsenden Mobilfunk-Bandbreitenbedarf

| Autor / Redakteur: Bernard Pussel / Andreas Donner

So genannte kleine Small Cells könnten speziell in Ballungszentren die Standardfunktechnologie der Mobilfunknetze ergänzen.
So genannte kleine Small Cells könnten speziell in Ballungszentren die Standardfunktechnologie der Mobilfunknetze ergänzen. (Bild: Kara - Fotolia.com)

Der Bandbreitenbedarf in Mobilfunknetzen nimmt stetig zu. Um aktuelle und künftige Kapazitätsengpässe zu vermeiden, suchen Netzbetreiber nach Lösungen, um den Datenverkehr zu bewältigen. Ein Ansatz sind Small Cells. Kleine Funkzellen, die vor allem die Versorgungslücken in Ballungszentren schließen sollen.

Der steigende Bandbreitenbedarf stellt die heutigen Mobilfunknetze vor enorme Herausforderungen. Mehr als 25 Millionen Deutsche gehen täglich mit mobilen Endgeräten ins Netz. Der Branchenverband BITKOM erwartet in diesem Jahr 30 Millionen verkaufte Smartphones und rund 9 Millionen verkaufte Tablets allein in Deutschland. Das wäre eine Steigerung um 12 beziehungsweise 15 Prozent verglichen mit dem Vorjahr – Prognose weiter steigend.

Dabei surfen die User nicht nur im Netz, viele schauen unterwegs Filme auf Video-on-Demand-Plattformen, oder streamen Musik. Ein Großteil nutzt zudem häufig Messaging-Dienste und versendet neben Text und Sprachnachrichten vor allem datenintensive Fotos oder Videos. Und auch das mobile Arbeiten (Teleworking) nimmt zu. All das erfordert große Bandbreiten, die die aktuellen Netze kaum bewältigen können.

Dazu kommt das Internet of Things, das den menschlichen Alltag maßgeblich beeinflussen wird. Die Analysten von Gartner erwarten bis 2015 4,9 Millionen vernetzte „Dinge“. Dieser Zuwachs würde einem Plus von 30 Prozent gegenüber dem laufenden Jahr entsprechen. Bis 2020 prognostizieren die Marktforscher insgesamt 25 Milliarden vernetzte Geräte. Ein Großteil des gesamten Datentransfers läuft dabei über das mobile Internet.

Datenvolumen: 44 Billionen Gigabyte

Bis 2020 soll das weltweite Datenvolumen von derzeit 4,4 Billionen Gigabyte auf 44 Billionen Gigabyte ansteigen. In Deutschland wird die Menge digitaler Daten im gleichen Zeitraum von 230 auf 1.100 Milliarden Gigabyte steigen. Das geht aus der siebten Studie „EMC Digital Universe“ hervor, die auf Grundlage von IDC-Analysen die jährlich produzierte Datenmenge berechnet und prognostiziert. Doch wie sollen die Netzbetreiber das alles abdecken? Eine Lösung: Small Cells. Kleine Funkzellen, die die derzeitigen Basisstationen der Netzbetreiber ergänzen und entlasten sollen.

Von UMTS bis 5G

Gehen wir noch mal zurück zu den Anfängen des mobilen Internets: 2001 wurde GPRS (General Packet Radio Service) eingeführt, das Datenpakete mit einer Geschwindigkeit von 115 Kbit/s übertragen kann. 2004 folgte UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), auch als 3G bekannt, das einen Daten-Download von 384 Kbit/s gewährleistet. 2013 startete dann LTE (Long Term Evolution), das auch als 4G bezeichnet wird und eine Datenübertragung von 150 Mbit/s brutto und 120 Mbit/s netto verspricht. Dieses aktuell schnellste mobile Netz ist allerdings heute noch nicht flächendeckend bei allen Anbietern erhältlich. Trotzdem wird schon von der nächsten Generation gesprochen, denn die Nutzer verlangen nach mehr Netzqualität und höherer Übertragungsgeschwindigkeit.

5G soll kommen. Bis 2020. Dafür investiert die Europäische Kommission bis zu 700 Millionen Euro in die Entwicklung allgemein verfügbarer 5G-Kommunikationssysteme. Die Förderung ist Teil der gemeinsamen Initiative des öffentlichen und privaten Sektors, mit der aktuelle Grenzen und Herausforderungen im Bereich Datenverkehr überwunden werden sollen. 5G verspricht eine Geschwindigkeit von bis zu maximal 10 Gbit/s und ist damit zehn Mal so schnell wie 4G und leistet 100 Mal mehr als LTE-CAT3 mit den gängigen 100 Mbit/s.

Small Cells als Ergänzung für Makrozellen

UMTS und LTE werden über sogenannte Makrozellen bereitgestellt. Das sind Funkzellen mit einer Reichweite von zwei bis 40 Kilometern. Die Antennen dafür werden in der Regel auf Dächern montiert. Netzbetreiber versuchen seit der Einführung, möglichst viele Dachflächen für ihre LTE-Basisstationen zu erwerben, dennoch reicht die derzeitige Infrastruktur nicht aus, um die Ansprüche der Kunden an das Netz zu erfüllen. Dabei sind vor allem städtische Ballungszentren, wie etwa Fußgängerzonen, betroffen – Orte, an denen viele Personen gleichzeitig mobile Dienste mit hohen Downloadgeschwindigkeiten nutzen wollen. Viele User auf wenig Raum erzeugen einen hohen Bandbreitenbedarf, den die bestehende Infrastruktur nicht immer abdecken kann.

Um ihre Netze fit zu machen für die Zukunft und dadurch wettbewerbsfähig zu bleiben, setzen immer mehr europäische Mobilfunknetzbetreiber auf kleine Funkzellen mit Anbindung an Glasfasernetze, so genannte Small Cells. Diese können an hoch frequentierten Orten gezielt eingesetzt werden, um das bestehende Netz zu unterstützen.

Funkzellen als Basis der Netzabdeckung

Eine Funkzelle ist der kleinste geografische Funkversorgungsbereich eines zellularen Funknetzes, der von einer Basisstation aus bedient wird. Dabei ist die Größe einer Funkzelle abhängig von geografischen Gegebenheiten, dem Versorgungsradius und der am Ort benötigten Mobilfunkkapazität, gemessen an der zu versorgenden Teilnehmerzahl. In Ballungsgebieten, in denen wegen der höheren Nutzerzahl mehr Netzkapazität benötigt wird, befinden sich Zellen mit einer niedrigeren Sendeleistung, sprich die Funkzelle deckt einen kleineren Radius an Fläche ab. In ländlichen Bereichen mit geringer Bevölkerungsdichte hingegen werden Zellen mit einer höheren Sendeleistung eingesetzt.

Je nach Zellgröße unterscheidet man zwischen Makrozellen und Mikrozellen. Makrozellen werden derzeit für 3G und 4G eingesetzt und haben, wie oben erwähnt, einen Radius von zwei bis 40 Kilometern. Mikrozellen hingegen weisen nur eine Reichweite von wenigen Metern bis zwei Kilometern auf. Mikro-, Femto-, und Picozellen bezeichnet man als Small Cells. Sie zeichnen sich durch eine noch geringere Sendeleistung aus. Ihr Radius umfasst wenige Meter bis mehrere hundert Meter. Der Unterschied zwischen Femto- und Picozellen ist lediglich die Art des Einsatzgebietes: Picozellen werden in Unternehmen und Femtozellen in Privathaushalten, also für kleinere Netzwerke eingesetzt.

Als Cluster zusammengefügt können Small Cells Makrozellen unterstützen, indem sie Areale innerhalb des größeren Makronetzes mit zusätzlicher Kapazität ergänzen. So decken sie vor allem in Ballungszentren Versorgungslücken ab. Zusätzlich entstehen beim Ausbau eines Netzes, das aus Mikro- und Makrozellen besteht, geringere Kosten als bei einem reinen Makrozellen-Netz. Studien zufolge soll die Einführung von Small Cells in Stadtgebieten für deren Betreiber zu einer Kosteneinsparung von 38 Prozent führen.

Small Cells auf Ampeln und Laternen

Unternehmen wie Colt Technology Services setzen auf die kleinen Funkzellen mit einer Anbindung an Glasfasernetze; dies bietet besonders hohe Kapazität. Aufgrund ihrer kompakten Größe und niedrigen Sendeleistung können Small Cells gerade in Städten gut verwendet werden. Auch kleinere Flächen – wie etwa Ampelmasten, Werbeanzeigen oder Laternen – eignen sich für die Anbringung.

Die Installation der Small Cells auf diesen so genannten Stadtmöbeln gewährleistet, dass die Zellen dort verwendet werden wo viel Netzkapazität gebraucht wird: Auf öffentlichen Plätzen oder an stark frequentierten Orten wie zum Beispiel Innenstädten und im Besonderen an Bushaltestellen, in Einkaufszentren und auf Messen und Volksfesten. Dabei ist der Montageaufwand wesentlich geringer als bei der Installation einer ganzen Basisstation.

Colt Technology Services startete die „Small Cells-Ära“ mit einem Pilotprojekt, bei dem die Funkzellen auf Werbeanzeigetafeln und einem öffentlichen WC montiert wurden. Angebunden sind die Small Cells dabei an Colts MSP Multi Service Platform, ein hochintelligentes Netz, über das bis zu sechs verschiedene Dienste abgebildet werden können, beispielsweise Ethernet für den „Mobile Backhaul“ oder IP Access für Hotspots. Auf diese Weise ermöglicht das Netz die Nutzung verschiedener Dienste an verschiedenen Punkten im Gegensatz zu einfachen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen.

Small Cells eignen sich jedoch nicht nur für den Einsatz in Städten: Innerhalb von Gebäuden können Sie Funklöcher ausgleichen, die Makrozellen wegen der hohen Abschirmung der Funkwellen mit sich bringen. Das ist etwa für Hotels oder Unternehmen relevant, denn so kann eine Vielzahl von Geräten gleichzeitig ans Netz angebunden werden, ohne dass Versorgungslücken entstehen.

Zukunftsfähige Lösung

Technologisch klingen Small Cells nach einer zukunftsfähigen Lösung. Um diese umzusetzen müssen die Netzanbieter allerdings erheblich investieren. Gerade Betreibern, die sich noch nicht von den Investitionen der 4G-Technologie erholt haben, könnte dies schwerfallen. Bei anderen ist 4G heute noch nicht einmal Standard. Dennoch stehen alle Mobilfunkanbieter vor dieser Herausforderung. Denn eines ist klar: Die Kunden haben hohe Netzansprüche und werden den Anbieter wählen, der ihnen die gewünschte Bandbreite bieten kann.

Und wenn die Mobilfunknetzbetreiber das nicht können, werden die Nutzer möglicherweise auf das immer schneller werdende WLAN zurückgreifen. Denn WLAN-Hotspots werden vor allem in Großstädten weiter zunehmen, sodass man auch unterwegs nicht immer in gleichem Umfang auf das mobile Netz angewiesen sein wird. Um erfolgreich am Markt zu bestehen, ist die Erschließung neuer Standorte zur Anbringung der Small Cells für Netzbetreiber maßgeblich. Aufgrund der Vielzahl an Anbietern wird der Wettbewerb um beliebte Plätze schnell ansteigen. Für die Mobilfunkkonzerne gilt also: Nicht zu lange zögern.

Bernhard Pussel
Bernhard Pussel (Bild: Colt)

Fazit

Small Cells bieten Mobilfunkanbietern eine zukunftsorientierte Lösung mit der sie die aufkommenden Kapazitätsengpässe bewältigen und Nutzern neue technologische Standards zur Verfügung stellen können. Die kleinen Funkzellen bieten durch ihre Größe und den niedrigen Abdeckungsradius jede Menge Vorteile und ebnen damit den Weg für 5G.Die Herausforderung für Netzbetreiber scheint jedoch, die Lösung schnellstmöglich anzunehmen und umzusetzen, um wettbewerbsfähig zu bleiben.

Über den Autor

Bernhard Pussel ist Channel Director Wholesale, Central Sales Region bei Colt.

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