5G Smart Cells

Alles zu den „Mini“-Sendestationen fürs 5G-Netz

Die 5. Mobilfunkgeneration "5G" soll den weltweit wachsenden Hunger nach schnelleren und leistungsfähigeren, mobilen Datennetzen stillen. Der Vorgänger LTE hatte den Weg geebnet, welcher mit 5G konsequent optimiert wird. Für höhere Datenraten, kürzere Latenzzeiten, bessere Abdeckung und mehr Zuverlässigkeit. Es gibt fünf Schlüsseltechniken bei 5G und eine davon sind die sogenannten „Small Cells“, manchmal auch "Smart Cells" genannt. Folgend erfahren Sie, was Smart Cells sind und wo die Vorteile bzw. Nachteile liegen.

Was sind Smart- bzw. Small Cells?

Frei übersetzt bedeutet der Begriff so viel wie „schlaue Funkzellen“. Vereinfacht gesagt, handelt es sich dabei um kleine Funkstationen – also eine Art „Mini-Funkmast“. Trotz ihrer geringen Größe, weisen Smart-Cells die gleichen Merkmale klassischer Mobilfunkstationen auf. Charakteristisch für Smart Cells sind zudem, eine im Vergleich deutlich geringere Sendeleistung und damit einhergehend kürzere Reichweiten. Sie werden optional sowohl außen (outdoor) wie auch innen (indoor) installiert und können im lizensierten (licensed) wie unlizenzierten (unlicensed) Spektrum funken.

Wozu sind Smart Cells gut?

Der Grundgedanke zur Installation mehrerer kleiner Funkzellen anstatt eines großen Funkmastes ist folgender. Besonders in Städten, wo sich sehr viele Menschen auf kleinem Raum konzentrieren, können zahlreiche kleine Sender mehr Kapazität und eine bessere Abdeckung gewährleisten als eine große Makro-Zelle. Letztere ist eher im ländlichen Raum sinnvoll, wo über weite Strecken nur vergleichsweise wenige Rezipienten erreicht werden müssen.

Darüber hinaus reduziert sich die nötige Sendeleistung, da jede Zelle nur einen kleinen Radius abdecken muss. Smartphone-Nutzer profitieren sogar von längeren Akkulaufzeiten, da das Handy nur die nächste Smart Cell in unmittelbarer Nähe erreichen muss und nicht, im schlimmsten Fall, einen Funkmast in 5 Kilometern Entfernung.

Ein weiterer Grund, warum bei 5G kleine Funkzellen besser geeignet sind als herkömmliche Funkstationen, liegt in den anvisierten Frequenzbereichen zum Betrieb des neuen Mobilfunkstandards. Zunächst werden hierzulande für 5G-Funk vor allem Frequenzen eingesetzt, welche zu denen von UMTS (bereits abgeschaltet) und LTE eng benachbart sind. Konkret bei 2 und 3.6 GHz. Die Reichweite ist dann vergleichbar mit früheren Basisstationen in städtischen Lagen.

Sofern aber Datenübertragungsraten von über 5 GBit/s anvisiert werden, braucht es breitere Funkbänder. Da viele Ressourcen schon anderweitig vergeben sind, stehen in der EU neue Bereiche zwischen 24 und 27 GHz zur Disposition (mmWave). Also im Spektralbereich weit über den der Vorgängerstandards. Andere Länder testen sogar noch höhere Bänder. Bei derart kurzen Wellenlängen (Millimeterbereich), sinkt die Reichweite drastisch auf wenige hundert Meter. Um den wachsenden Kapazitätsbedarf in Zukunft zu decken, ist beim 5G-Ausbau daher ein deutlich engmaschigeres Netz an Basisstationen unerlässlich. Folglich lässt sich festhalten:

Es gibt aber noch mehr Gründe, welche für das Konzept sprechen. So lassen sich die anvisierten, kurzen bis ultrakurzen Latenzzeiten (Ping) nur mit eng vernetzten Smartcells erreichen. Ebenso wie diverse Szenarien mit Milliarden von Sensoren und Maschinen, die untereinander vernetzt sind zum „Internet der Dinge“ – Stichwort IoT.

Vorteile im Überblick

Es gibt also eine Menge Argumente, um nicht zu sagen Notwendigkeiten, für Smart Cells. Die Wichtigsten haben wir für Sie folgend noch einmal kurz zusammenfasst.

Arten und Klassifizierung

Experten unterscheiden ferner zwischen verschiedenen Zellarten. So werden bei Smart-Cells in drei Klassen differenziert. Denn in der Praxis gibt es natürlich unterschiedliche Anforderungen, je nach Standort und der Hauptzielgruppe vor Ort. Während einige Zellen extrem viele Nutzer gleichzeitig mit hoher Kapazität bedienen sollen (z.B. in Konzerthallen), reichen bei anderen Szenarien wenige Meter, etwa in Büroumgebungen oder Fertigungshallen.

Für die Klassifizierung haben sich die Bezeichnungen für besonders kleine Zahlenbereiche von 10^-6 bis 10^-15 durchgesetzt, also Micro, Pico und Femto. Damit soll offensichtlich der Faktor „klein“ besonders unterstrichen werden …

Femtocells: „Femto“ steht eigentlich für ein Billiardstel (10^-15). Eine Femtozelle repräsentiert   daher auch einen besonders kleinen Nutzungsradius. Letzterer beträgt maximal nur 50 Meter, vergleichbar also mit gängigem WLAN. Der Fokus liegt daher auch im Indoor-Bereich. Femtozellen kommen entsprechend mit einer geringen Sendeleistung von 10-100 Milliwatt aus. Zum Vergleich: WLAN auf 5 GHz (z.B. 802.11ax) kann mit bis zu 200 mW operieren …

Picocells: Mit „Pico“ steht für eine 1000er Einheit unter Femto, meint also ein Billionstel (10^-12). Demensprechend sind Pico-Zellen etwas „größer“, doch auch hier steht der inhäusige Einsatz im Vordergrund. Allerdings an Standorten, wo durchschnittlich mehr Nutzer gleichzeitig bedient werden müssen, etwa in Shopping-Zentren oder Krankenhäusern. Die Reichweite beträgt zirka 100-250 Meter bei 100-250 mWatt Sendeleistung (also wieder im WLAN-Bereich).

Microcells: Mircozellen (Micro = Millionstel) sind gar nicht so winzig wie der Name suggerieren mag. Sie repräsentieren den stärksten Zelltyp, deren Reichweite bis zu 2 Kilometer betragen kann. Im Fokus steht diesmal die Outdoor-Versorgung, quasi das reguläre Mobilfunknetz. In Städten wird also beim 5G-Ausbau der Typ „Micro“ deutlich überwiegen. Entsprechend liegt die Sendeleistung auch weit über den anderen – bis zu 5 Watt sind hier üblich. Das entspricht in etwa einer CB-Funkanlage oder dem  Fünftel bis Zehntel einer GSM-Station (2G)^[1].

Micro- und Picozellen werden üblicher Weise von Mobilfunkprovidern installiert, während Femtozellen eher von Gebäudeinhabern errichtet werden.

Mögliche Installations-Orte für Smart Cells

Herkömmliche Mobilfunk-Elemente wurden bisher meist auf Dächern untergebracht, wie das folgende Foto exemplarisch zeigt.



Smart-Cells hingegen werden direkt in der Nähe der Nutzer positioniert werden - für die meisten kaum sichtbar. Optisch dürften die meisten kaum von normalen WLAN-Hotspot Antennen unterscheidbar sein. Die Deutsche Telekom nennt als denkbare Hosts für die Funkzellen Parksäulen, Litfaßsäulen, Ampeln, Laternen, Verteiler oder Fassaden.

Beispiele aus der Praxis

Vodafone hat Mitte 2023 übrigens erstmals Litfaßsäulen mit 5G in Betrieb genommen. Deren Dach beinhaltet 5G-Antennen - eine Small Cell der besonderen Art also. O2 dagegen wandelt Strassenlaternen in 5G-Hotspots um. Nur zwei von vielen Beispielen, die noch folgen dürften...

Einschränkungen und Herausforderungen beim Einsatz von Smart Cells

So einfach es klingt – in der Praxis stehen die Mobilfunkprovider, wie z.B. Vodafone, vor enormen Herausforderungen durch den Smart-Cell Ausbau. Denn unabhängig von der Größe, müssen praktisch immer die gleichen Voraussetzungen erfüllt werden. So bedarf es ebenfalls einer Genehmigung bei der Bundesnetzagentur.

Jede Smart-Cell muss mit ausreichend Strom versorgt werden können. Bei der Installation an Gebäuden bedarf es natürlich der Genehmigung der Eigentümer. Des Weiteren soll jeder Standort natürlich möglichst viele potenzielle Kunden erreichen.

Zu guter Letzt muss jede Zelle auch ans Netz angebunden werden – idealer Weise über (teure) Glasfaserleitung oder zur Not per Richtfunk. Das bedarf einer intelligenten Planung bei der Standortwahl und das für jede einzelnen Zelle!

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