Die aktuelle Antennentechnik für das mobile Breitbandinternet stellt jetzt schon die Netzbetreiber vor eine Herausforderung. Doch Hersteller wie Kathrein, Huawei, NTT DoCoMo und Nokia forschen an immer ausgefeilteren Systemen. Dabei nutzen neue Arrays Frequenzen von bis zu 70 Gigahertz. Der bisher bei den Forschungen erreichte Durchsatzrekord der Mobilfunkbandbreite liegt bei 5 GBit/s.
Platzmangel für Antennen erfordert Innovationen
Die heutigen Mobilfunkantennen-Systeme werden mit immer mehr Technik vollgestopft, der Hauptgrund dafür liegt am verfügbaren „Stauraum“. Bei den günstigsten Standorten befinden sich schon überall auf den Dächern zahlreiche Antennen. Da es deshalb immer schwieriger wird, die benötigte Technik zu integrieren, kommen die Netzbetreiber etwas ins Rudern. Die Problematik wurde von den Providern und von den Herstellern der Antennensysteme gleichermaßen erkannt und auf dem diesjährigen LTE/5G World Summit disskutiert.
Zu viel Technik sorgt für Hitzeprobleme
Damit man den Platzmangel kompensieren kann, werden immer mehr Frequenz-Bereiche und Konfigurationen in einer einzigen Antenne vereint. Der deutsche Hersteller Kathrein bietet beispielsweise ein Hexaband-Modell mit 12 Anschlüssen an. Dieses nutzt die Bänder 698 MHz-862 MHz, 880 MHz-960 MHz sowie 4 x 1710 MHz-2690 MHz – und zwar mit bis zu 8 x 8 MIMO-Übertragungen zugleich. Ernst Lautner von Kathrein sieht hier jedoch aufkommende Probleme bei der Wärmeabführung. Ein weiteres Hindernis stellen Störsignale dar, die aus verschiedenen Frequenzen an nichtlinearen Bauelementen entstehen. Je mehr verschiedene Frequenzbereiche genutzt werden, desto größer wird das Problem, was wiederum den Rauschpegel steigert und Mobilgeräten mehr Leistung abverlangt.
Huawei verschmelzt Antenne und Basisstation
Eine Hexaband-Antenne hat auch der chinesische Konzern Huawei im Angebot. Zudem werden die aktiven Antennen stets weiterentwickelt. Hierbei hat das Unternehmen eine Lösung, die einen Teil der Basisstation, den Remote Radio Head (RRH), in die Antenne selbst integriert. Beide Produkte werden vom Hersteller selbst entwickelt, womit Komplettlösungen angeboten werden können. Schwellenländer machen häufig von den aktiven Antennen Gebrauch und ziehen sie den passiven Gegenstücken vor. Doch nicht alle Netzbetreiber finden diesen Schritt gut. Denn bei steigendem Integrationsgrad wird die Kombination der Antennentechniken verschiedener Anbieter erschwert.
Höhere Frequenzen sollen Umschwung bringen
Die Anforderungen steigen, besonders durch den aufkommenden 5G-Standard. Bald werden höhere Bandbreiten benötigt, die Lösung dafür soll bei Frequenzen weit oberhalb der aktuellen Bänder liegen. So arbeitet Kathrein an Antennen-Arrays für das 10,5 GHz Band. Hierfür bietet sich die optimierte Mehrantennentechnik Massive-MIMO an. Dabei wird ein großes Antennen-Array realisiert, welches einem einzelnen Mobilgerät zuarbeitet. Mehrere unabhängige Pfade werden hierbei für einen kontrollierten Transport der Daten eingesetzt.
NTT DoCoMo testet 128er Array
Starke Geschütze fährt auch der chinesische Netzwerkausrüster auf. Takehiro Nakamura, Vizepräsident und Direktor der Abteilung Radio Access, stellte mehrere Forschungsarbeiten vor. Der Fokus liegt auf Antennen-Arrays bei unterschiedlichen Frequenzen zwischen 4 GHz und 70 GHz. Dabei hat NTT DoCoMo zusammen mit NEC sogar ein 128er Array mit zwei Polarisationsebenen im Gepäck. Bis zu 16 Nutzer sollen auf diese Weise gleichzeitig im 5-GHz-Bereich versorgt werden.
5 GBit/s Rekordbandbreite erreicht
Kooperationen NTT DoCoMos, wie mit Mitsubishi Eletric, wo Antennen-Arrays für 44 GHz untersucht werden und mit Ericsson, wo 4×4-MIMO-Antennen bei 15 GHz im Zentrum stehen, sorgen für deutliche Fortschritte. Einen enorm hohen Datendurchsatz konnte die chinesische Firma innerhalb des 400 MHz breiten Bandes verbuchen. Ein Rekordwert von 5 GBit/s wurde hierbei von den Technikern erreicht.
Nokia demonstriert ebenfalls Fortschritte
Die Entwicklungen beim finnischen Telekommunikationsausrüster Nokia sind jedoch ebenfalls erwähnenswert. Da es beim 70 GHz-Bereich viel Spielraum gibt, nutzt das Unternehmen bei aktuellen Testsystemen gleich Bänder mit 1 GHz. Eine Linsenantenne ermöglicht dann eine Streuung von 64 Richtkeulen, bei denen jeweils die Übertragung getestet wird. Das angeschlossene Mobilgerät gibt schließlich Auskunft über die beste Verbindung innerhalb des Versuchsaufbaus.
Die großen Netzwerk-Spezialisten arbeiten also hart daran, neue Innovationen zu schaffen, die kommende Antennensysteme fit für den 5G-Standard machen. Die massiven Bandbreiten der nächsten Mobilfunkgeneration bekommen mit der Massive-MIMO-Technik und den Frequenzen von bis zu 70 GHz eine gute Basis.
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