5G-Antennentechnik kompetent erklärt (Technik)

H. Lamarr @, München, Samstag, 16.02.2019, 15:33 (vor 377 Tagen)

Im Internet gibt es zahlreiche Videos, die gezielt Ängste gegenüber 5G wecken oder schüren (Auswahl). Keines dieser Videos hält einer fachkundigen Prüfung stand, auch die optisch professionell gemachten Exemplare arbeiten ausnahmslos mit abzulehnenden Mitteln des Populismus und sind technisch unqualifiziert bis hin zu ungenierter Volksverdummung. Zielgruppe dieser Videos sind fachliche Laien, denen die falschen Darstellungen nicht auffallen, und die unabsichtlich mit dem Teilen der Videos zur viralen Verunsicherung der Bevölkerung beitragen. Wichtigster Angriffspunkt der Desinformation ist die sogenannte Luftschnittstelle, die bei 5G "New Radio" heißt (kurz: 5G NR). Jeder kennt die Luftschnittstelle des Mobilfunks, es sind die Sendemasten mit ihren Antennen und die zugehörige Sendetechnik. Nur davor fürchten sich Besorgte. Niemand fürchtet sich vor anderen 5G-Netzwerkkomponenten wie dem "Backhaul" und dem 5G-Kernnetz.

Einem technischen Laien die 5G-Antenntechnik klar machen zu wollen ist schwierig und häufig in etwa so erfolgreich, als wolle man einem Erstklässler das Integrieren, Differenzieren oder die Maxwellschen Wellengleichungen nahe bringen. Eben deshalb bauen Experten das 5G-Netz und nicht blutige Laien. Doch wer Grundkenntnisse der Nachrichtentechnik hat und nicht alles glauben möchte, was unseriöse Videos einem eintrichtern wollen, steht nicht auf verlorenem Posten. Denn es gibt auch kompetente Informationsquellen. Populistisch bequem einfach sprudeln diese allerdings nicht, man muss schon auch selber mitdenken und sich das Wissen über die 5G-Antenntechnik erarbeiten. Lohn der Mühe ist ein Kompetenzzuwachs, der einem den Gipfel des "Mount Stupid" überwinden und Stuss in anderen 5G-Videos erkennen lässt. Leider gibt es die erhellenden Mehrwertvideos nur auf englisch – was die Sache nicht einfacher macht.

Omnidirectional vs directional antennas what's the difference? 6:30 min.

Basics of Antennas and Beamforming - Massive MIMO Networks 7:50 min.

Understanding Massive MIMO in roughly two minutes 2:10 min.

Mpirical - Beamforming (Massive MIMO) 12:40 min.

Massive MU-MIMO and what makes it great 48:00 min.

Massive MIMO for 5G: How Big Can it Get? 40:00 min.

Massive MIMO - Prof. Dr. Wolfgang Utschick (TU München) 20:00 min.

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Nicht die Masten sind das Problem, sondern die Handys!

Tags:
Desinformation, Laien, Mount Stupid, 5G, Nachrichtentechnik

Beamforming mit 5G

H. Lamarr @, München, Montag, 25.11.2019, 00:50 (vor 95 Tagen) @ H. Lamarr

Die Deutsche Telekom hat einen leicht verständlichen und gut illustrierten technischen Beitrag über Beamforming auf ihrer Website. Ich habe mir erlaubt, den Beitrag komprimiert und geringfügig umformuliert hier ins Forum zu übernehmen. Wer lieber das Original lesen möchte, <hier> geht's lang. Allerdings habe ich Zweifel, ob alle Aussagen des Beitrags technisch zutreffend sind. So sind mit 64 Sendeelementen (Dipole) einer 5G-Antenne bestimmt nicht 64 stark gebündelte Beams zu erzeugen, wie diese in der Grafik zu sehen sind, sondern erheblich weniger. Unzutreffend (und ungewollt sogar angstschürend) ist mMn auch die Aussage, im Randbereich einer 5G-Funkzelle sei das Funksignal ähnlich stark wie im Zentrum. Ich will versuchen, diese Fragen mit der Telekom zu klären.

Was ist Beamforming?

Beamforming ist der nächste Schritt nach Mimo. Zur Erinnerung: Bei 4x4-Mimo, einer Art Quattro-Antrieb fürs Mobilfunknetz, sorgen vier Sendeantennen am Mast und vier Empfangsantennen im Endgerät für rund 60 Prozent schnelleres Surfen. Aus der bisherigen maximalen LTE-Geschwindigkeit von 300 Megabit pro Sekunde (Mbit/s) werden so an die 480 Mbit/s.

Beamforming greift dieses Prinzip auf, steigert dieses aber nochmals um den Faktor 16! Denn hier strahlt eine aktive Antenne z.B. 64 Signale parallel aus, die sich alle einzeln steuern und auf Kunden ausrichten lassen. Das sind 64 Empfangs- und Sendeelemente, um damit 64 verschiedene Beams, auf deutsch Keulen, zu formen.

Statt wie bisher ein Mobilfunksignal kreisförmig auszustrahlen, das dann im Randbereich immer schwächer wird, können die Signale beim Beamforming, also beim Formen von Strahlen, in Form von länglichen Keulen gezielt ausgerichtet werden. Durch diesen Beam ist das Signal dann auch im Randbereich der Zelle ähnlich stark wie im Zentrum.

Dabei bewegen sich die Antennen nicht. Der Beam formt sich über eine Phasenverschiebung des Signals und über die Mehrwegeausbreitung. Die Antenne an und für sich bleibt statisch. Die Strahlen richten sich vollautomatisch aus, damit die Sendeleistung je nach Bedarf angepasst werden kann und für jeden Nutzer eine optimale Abdeckung gewährleistet.

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Was bringt Beamforming?

Die Sendeleistung wird je nach Bedarf angepasst und bringt eine optimale Abdeckung für jeden einzelnen Nutzer. Wer telefoniert und nur geringen Ressourcenbedarf hat, wird ebenso vom passenden Beam erfasst wie ein Kunde, der gerade ein Video mit hoher Datenrate streamt. Die horizontale und vertikale Ausrichtung der neuen aktiven Antennen steigert zudem die Abdeckung - gerade im städtischen Bereich mit hohen Häusern. Beamforming wird übrigens auch im WLAN eingesetzt.

Wie schnell ist Beamforming?

Bisher läuft die neue Technik noch nicht draußen in freier Wildbahn, sondern im Labor. Dort sind mehrere Gigabit pro Sekunde möglich. In der Realität des Alltags sorgen Beams dafür, dass die Laborwerte zumindest annähernd erreicht werden können. Und es wird auch immer einen Punkt geben, an dem ähnliche Datenraten erreichen werden.

Was passiert, wenn mehr als 64 Nutzer in einer Zelle sind?

Die 64 Keulen oder Beams zielen nicht auf einen einzelnen Nutzer ab, sondern formen letztendlich örtlich eine Keule. Das heißt, es können durchaus innerhalb eines Beams mehrere Kunden bedient werden - und zwar unterschiedlich, je nachdem, was sie an Netzressourcen anfordern. Ein gutes Beispiel ist eine Touristengruppe, die gerade vor einer großen Kirche steht und Selfies aufnimmt. Ihre Mitglieder werden alle vom gleichen Beam erfasst und versorgt. Aber wer seine Fotos gerade per 5G auf Instagram hochlädt, benötigt und erhält eine höhere Leistung und Datenrate als der Tourist daneben, der nur mit Zuhause telefoniert. Das ist der entscheidende Unterschied zwischen einer passiven Mobilfunkantenne und dem neuen Beamforming. Die Leistung der Antenne bleibt beim Beamforming mehr oder minder gleich, im Vergleich zu einer konventionellen Antenne. Aber die bisherige Antenne sendet immer mit der gleichen Leistung, 24 Stunden lang. Mit Beamforming gelingt es hingegen, diese Leistung nur dann abzurufen, wenn wirklich auch Bedarf in dieser Zelle da ist.

Ist Gigabit-Tempo der Hauptvorteil von Beamforming?

Geschwindigkeit ist das eine. Wichtiger ist höhere Netzabdeckung durch die neue Technik Bei einer statischen Antenne gibt es ein gewisses Ausbreitungsfeld. Wenn sich ein Teilnehmer dann am Netzrand befindet, kann es sein, dass dieser gar keine hohen Datenraten mehr bekomme oder dass der Dienst per se nicht funktioniert.

Die aktive Antenne "sieht" dagegen quasi, wenn sich ein Nutzer am Netzrand befindet - und richtet gezielt einen Beam auf ihn aus. Dadurch befindet sich kein Teilnehmer mehr plötzlich am Netzrand, sondern innerhalb eines Beams. So bekommen Kunden der Netzbetreiber höhere Datenraten und die Dienste funktionieren.

Hintergrund
Wie funktioniert eigentlich eine 5G-Antenne? (Deutsche Telekom)

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Tags:
Telekom, 5G, Beamforming

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