Die Verwendung von E

Auf der ganzen Welt nehmen die 5G-Einsätze rasant zu. Nach Angaben der Global System for Mobile Communications Association (GSMA) Intelligence waren Ende 2022 mehr als 220 5G-Netze im Einsatz, wobei über 30 Länder voraussichtlich im Jahr 2023 5G-Dienste einführen werden. Dementsprechend geht ABI Research davon aus, dass dies weltweit bei 5G-Abonnements der Fall sein wird zwischen 2022 und 2027 von 900 Millionen auf über 3 Milliarden wachsen (bei einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 27 %).

Es wird erwartet, dass die hohen Wachstumsraten der 5G-Bereitstellungen auch die Nachfrage nach Daten steigern werden. Der jährliche Datenverkehr aus den 30 von ABI Research überwachten Ländern wird voraussichtlich von fast 1.100 Exabyte im Jahr 2022 auf über 4.000 Exabyte im Jahr 2027 ansteigen (bei einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 30 %), wobei 5G im Jahr 2027 etwa 60 % des gesamten Datenverkehrs ausmacht .

Da 5G-Netze höhere Datendurchsätze und geringere Latenzen erfordern, müssen sich auch Backhaul- oder Transportlösungen an die gestiegenen Anforderungen der 5G-Technologie anpassen. Laut ETSI müssen 5G-Transportnetze Kapazitätsanforderungen von 3 Gigabyte pro Sekunde (Gbit/s) für ländliche Gebiete, 5 Gbit/s für Vorstädte, zwischen 5 Gbit/s und 10 Gbit/s für städtische Gebiete und mehr als 10 Gbit/s für dichte städtische Umgebungen erfüllen. Darüber hinaus müssen Latenzen von unter 5 Millisekunden (ms) bzw. 1 ms für geschäftskritische Anwendungen des Typs Enhanced Mobile Broadband (eMBB) bzw. Ultra-Reliable Low Latency Communications (URLLC) eingehalten werden.

Glasfasernetze gelten allgemein als sehr attraktives Transportmittel für 5G-Backhaul. In Gebieten, in denen der Einsatz von Glasfaserkabeln jedoch schwierig, unpraktisch oder kostenintensiv ist (z. B. durch Gewässer zu Inseln, Bergregionen, abgelegenen/ländlichen Gebieten usw.), bieten drahtlose Backhaul-Verbindungen den Kommunikationsdienstleistern (Communication Service Providers, CSPs) Möglichkeiten eine kostengünstige und einfach zu implementierende Alternative.

Durch den Betrieb in den höheren Frequenzbereichen zwischen 71 Gigahertz (GHz) und 86 GHz und in Verbindung mit breiten Kanalgrößen können drahtlose E-Band-Verbindungen Kapazitäten von mehr als 10 Gbit/s mit niedrigen Latenzen zwischen 65 Mikrosekunden (μs) und 350 μs pro Sekunde unterstützen Hop. Diese Eigenschaften des E-Band-Spektrums machen es zu einer idealen drahtlosen Alternative für 5G-Transportnetze.

Radiowellen im E-Band-Frequenzbereich werden jedoch stärker durch die Dämpfung durch Sauerstoff und Regen beeinflusst als Frequenzen in den niedrigeren Bereichen. E-Band-Verbindungen sind zudem stark gerichtet und erfordern eine präzise Ausrichtung zwischen den Antennen. Faktoren wie Gebäude- oder Turmschwankungen können die Zuverlässigkeit der Verbindung beeinträchtigen. Daher sind E-Band-Verbindungsentfernungen normalerweise auf 3 Kilometer (km) bis 5 km begrenzt, einige Anbieter beginnen jedoch, diese Obergrenzen zu überschreiten.

Der Einsatz von E-Band wurde insbesondere in europäischen Ländern wie Polen, Deutschland und Frankreich erfolgreich umgesetzt, was wiederum die Einführung von 5G-Netzen erleichtert hat. Da eine Reihe von Ländern voraussichtlich im Jahr 2023 5G-Netzwerke einführen werden, geht ABI Research davon aus, dass die Zahl der weltweiten E-Band-Verbindungen für Mobilfunkbasisstationen von mehr als 400.000 im Jahr 2022 auf über 2,5 Millionen im Jahr 2027 ansteigen wird, was 33 % des gesamten drahtlosen Backhauls ausmacht Links.

Um die oben genannten Einschränkungen des E-Bands zu überwinden und es zu einer praktikableren Lösung für CSPs zu machen, wurden verschiedene technologische Fortschritte entwickelt, um die Kapazität, Reichweite und Zuverlässigkeit von E-Band-Verbindungen zu erhöhen.

Der herkömmliche Ansatz zur Backhaul-Dimensionierung erfolgte typischerweise durch die Festlegung fester und strenger Ziele (z. B. 99,995 % oder höher) für jede Verbindung basierend auf dem höchsten Spitzenverkehr des Radio Access Network (RAN)-Standorts. Das gleiche Ziel wurde in allen Szenarien festgelegt, unabhängig von der Höhe der tatsächlichen RAN-Verkehrsnachfrage. Infolgedessen wurde der Einsatz des E-Bands eingeschränkt – aufgrund seiner allgemein geringeren Verfügbarkeit im Vergleich zu herkömmlichen Mikrowellenbändern – und der Einsatz war auf kürzere Sprünge beschränkt.

Kürzlich hat ETSI eine neue Perspektive zur Messung von Mikrowellen- und mmWave-Key Performance Indicators (KPIs) eingeführt. In seinem Bericht gab ETSI Empfehlungen, die es CSPs ermöglichen werden, die Gesamtbetriebskosten (TCO) der Bereitstellung drahtloser Backhaul-Lösungen zu senken. Zu diesen Empfehlungen gehört die Einführung eines neuen KPI, Backhaul Traffic Availability (BTA), der die Wahrscheinlichkeit berechnet, dass die Mikrowellen-/mmWave-Backhaul-Verbindung den RAN-Verkehrsbedarf ohne Auswirkungen auf das Endbenutzererlebnis liefern kann. Dieser neue KPI soll unnötiges Over-Engineering verhindern, indem er es CSPs ermöglicht, die Backhaul-Anforderungen basierend auf dem erwarteten In-situ-RAN-Verkehr zu dimensionieren.

In dieser Studie führte ETSI mehrere Simulationen zu den Auswirkungen von BTA auf die Quality of Experience (QoE) des Endbenutzers durch und kam zu dem Schluss, dass selbst in Szenarien mit hoher Verkehrslast die Auswirkungen auf die QoE vernachlässigbar waren, solange BTA im Bereich zwischen 99,7 und 99,7 blieb % und 99,9 %. Infolgedessen ermöglicht der Einsatz von BTA dem Telekommunikationsunternehmen die sichere Bereitstellung längerer E-Band-Verbindungen – bis zur Verdopplung bestehender Hop-Längen – mit größerer Sicherheit, dass die Auswirkungen auf die Endbenutzererfahrungen vernachlässigbar gering sind.

Die Praktikabilität des E-Band-Einsatzes hängt auch weitgehend von der Frequenzpreispolitik in den einzelnen Ländern ab. Während es weltweit große Preisunterschiede im E-Band-Spektrum gibt – wobei die höchsten Spektrumspreise in einigen Märkten bis zu 180-mal höher sein können als die Märkte mit den niedrigsten Preisen –, wurden in mehreren Ländern positive Entwicklungen beobachtet.

In Saudi-Arabien beispielsweise wurde die Spektrumpreismethode kürzlich im September 2022 aktualisiert, um Faktoren wie Frequenzband, Frequenzspektrumdienst und Frequenzspektrumeffizienz zu berücksichtigen. Insbesondere sinken die Preise für E-Band durch die Nutzung höherer Frequenzbereiche, höherer Bandbreiten und Lösungen, die das Frequenzspektrum optimal nutzen. Länder wie Deutschland haben ebenfalls eine gestaffelte Preisstruktur (dh einen niedrigeren Faktor) für E-Band-Verbindungen eingeführt, während Länder wie Indonesien ebenfalls die Einführung solcher gestaffelter Preismechanismen in Betracht ziehen.

Die Investitionen in die nächste Entwicklung von 5G sind bereits im vollen Gange. Im März 2023 demonstrierten China Mobile Hangzhou und Huawei einen 5G-Advanced-Einsatz und erreichten Spitzenraten von über 10 Gbit/s Datenraten. Um noch höhere Raten und zukünftige Kapazitätsanforderungen im Hinblick auf 5G-Advanced und darüber hinaus zu unterstützen, wurde mit der Forschung zur Nutzung noch höherer Frequenzbereiche für drahtloses Backhaul begonnen, beispielsweise W- und D-Bänder.

CSPs müssen ihren bestehenden Ansatz zur Backhaul-Dimensionierung anhand der von ETSI vorgeschlagenen neuen KPIs überprüfen und überlegen, wie das E-Band ihre 5G-Einführungen und Gesamtabdeckungsstrategien unterstützen kann. Andererseits müssen die Regulierungsbehörden auch E-Band-Backhaul als entscheidenden Bestandteil der nationalen Strategie für Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) anerkennen und die Frequenzpreispolitik für E-Band – und sogar W- und D-Band – überprüfen in der Zukunft – Nutzung, um sicherzustellen, dass nationale Verkehrsnetze nachhaltig zur Unterstützung von 5G- und darüber hinausgehenden Netzen eingesetzt werden können.

ÜBER DEN AUTOR