Mehrstrahlantennen

Bild 1: Wo traditionelle Planarantennen für Basisstationen mit einem oder zwei Strahlern an ihre Grenzen stoßen, kommen Mehrstrahlantennen ins Spiel. Globes

Smartphones haben die Datennutzung zum Explodieren gebracht. Die heutigen Nutzer verlangen nach jedem bisschen Mehr an Wireless-Bandbreite, die Mobilfunkbetreiber bieten können. Bei großen Veranstaltungen wie Konzerten, Sportwettbewerben oder religiösen Versammlungen (ob zeitlich begrenzt oder nicht), kann das dazu führen, dass Zehn- oder sogar Hunderttausende gleichzeitig ihre mobilen Geräte verwenden, um Bilder, Videos und mehr ins Netz oder aus dem Netz zu laden.

Damit ein Mobilfunkbetreiber ausreichend Netzwerkkapazität anbieten kann, um diese intensive Nutzung zu ermöglichen, muss er innovative Infrastrukturlösungen einsetzen. Von diesen Lösungen ist die Mehrstrahlantenne ein echter Trumpf.

Der perfekte Nachfragesturm

In einer Zeit, in der mobile Geräte aller denkbaren Arten allen nach Bandbreite und sozialen Medien verlangenden Nutzern zur Verfügung stehen, stehen Netzbetreiber vor der Herausforderung, die qualitativ hochwertigen Dienstleistungen zu liefern, die die Abonnenten mit teuer Geld erkaufen.

ECK-DATEN

Mit sechs Strahlern wird eine Datenkapazität von mehr als einem Gbit/s in einer einzigen Zelle erreicht. Dieser Übergang zur Gbit/s-Welt bedeutet, dass Betreiber diese neuen Mehrstrahlantennen als Schlüsselelemente sehen. Nicht nur für Hotspot-Lösungen sondern auch als Teil des ursprünglichen Netzwerkplans für die Erstellung jedes Makro-Netzwerks.

Gemäß des führenden Analyseunternehmens IDC wurden im 2. Quartal 2016 weltweit allein 344,7 Millionen Smartphones versandt. Allein diese Tatsache hat eine enorme Nachfrage nach schnellen Datenbandbreiten der mobilen Netzwerke zur Folge. Wenn man zu diesem Smartphone-Boom auch noch den Aufstieg der sozialen Medien dazurechnet, ergibt das einen perfekten, konstanten Nachfragesturm nach mobiler Bandbreite.

Eine Möglichkeit für Mobilfunkbetreiber, diese Herausforderung zu meistern, ist der Einsatz der richtigen Hardware in ihren Netzwerken und Funkzellen, also der Einsatz von Antennen, die die nötige Abdeckung und Kapazität bieten, die in diesem Zusammenhang absolut entscheidend sind.

Eine enorme Herausforderung

Die oben dargestellte Herausforderung wird noch verstärkt, wenn es um große Veranstaltungen wie Konzerte, sportliche Wettbewerbe und andere große öffentliche Versammlungen geht. Dabei kommen oft Zehn- oder sogar Hunderttausende zusammen (ob regelmäßig oder nur für eine kurze Zeit) und verwenden ihre Smartphones, um Videos zu streamen und hochzuladen oder zu teilen oder einfach nur Telefonate zu führen.

Diese hohe Dichte an gleichzeitiger Nutzeraktivität/Verwendung stellt für die Mobilfunkbetreiber eine immer größer werdende Herausforderung dar. Ob in Regionen mit 2G, 3G oder 4G/UMTS/LTE: die Betreiber müssen qualitativ hochwertige Dienstleistungen sicherstellen, indem sie die leistungsstärksten, innovativsten Infrastrukturtechnologien verwenden (dabei kommt es vor allem auf die richtige Antenne an), um eine solche Nachfrage nach Bandbreite und Datenverkehr bedienen zu können.

Die traditionellen Planarantennen für Basisstationen mit einem oder zwei Strahlern können diese Kapazität und Abdeckung, die in diesen Massenauflaufszenarien erforderlich sind, ganz einfach nicht bieten. Die Lösung heißt: Mehrstrahlantennen.

Mehrstrahlantennen, die Herausforderung ist gemeistert

In den letzten Jahren sind vermehrt Mehrstrahlantennen, die auf der patentierten Phased-Array-Technologie beruhen, aufgetaucht und spielen eine immer wichtigere Rolle bei der Verstärkung der Netzwerkkapazität für dauerhafte sowie zeitlich beschränkte Hotspots in einzelnen Funkzellen in der ganzen Welt.

Mehrstrahlantennen

Bild 2: Das Diagramm der sechs Sektoren der Mehrstrahlantenne zeigt viel weniger Überlappung der Strahlungskeulen, was zu weniger Interferenz führt. Globes

Ein Beispiel sind Ultrabreitband-Mehrstrahlantennen für Veranstaltungen, bei denen eine spezielle Abdeckung und hohe Kapazität erforderlich sind (in diesem Fall die Sechsstrahlantenne für besondere Veranstaltungen von CCI), die Anfang des letzten Jahres verwendet wurden und dem Mobilfunkbetreiber Oi Móvel in Brasilien ermöglichten Mobilfunk-Service für die Besucher der Olympiade in Rio zu liefern. Die verwendete Sechsstrahlantenne war mit dem traditionellen BTS x 3 Faktor kompatibel und konnte so eine 1800/2100/2600 LTE-Abdeckung bieten.

Eine erhöhte Sektorisierung war schon immer eine Möglichkeit, die Kapazität zu erhöhen und kann sehr effizient mit einer einzigen Antenne erreicht werden. Eine Sechsstrahl-Lösung, bei der jeder Strahl einen eigenen Sektor darstellt, mit geringsten Überlappungen zwischen den sechs schmalen Strahlen hilft dabei, die Interferenz möglichst gering zu halten und bietet (in Kombination mit sehr tiefen Nebenkeulen) die beste Leistung für Mobilfunkbetreiber, die 3G, 4G/LTE und UMTS für eine hohe Konzentration an Mobilfunknutzern anbieten (Bild 2).

Die nächste Herausforderung

Die Integration von sechs Antennen in eine einzelne Struktur führt bei Herstellern natürlich zu einem Produkt, das breiter als die traditionelle Makroantenne ist (Bild 3). Aber diese Antennen bieten eine viel bessere Strahlsteuerung und können hinzugefügte Elemente für die volle 1695- bis 2700-MHz-Abdeckung unterstützen.

Mehrstrahlantennen

Bild 3: Eine aktuelle Sechsstrahlantenne, zukünftig sollen auch Neunstrahl- und sogar 15-Strahl-Systeme auf den Markt kommen. Globes

Dies sind die ersten Mehrstrahlantennen, die sämtliche Breitbandtechnologien bedienen. Die Wirkung ist enorm. Die Unterstützung von Mehrfachträger-Aggregation, vor allem mit LTE, wird ermöglicht, wodurch mehr als doppelt so viel Durchsatz bei LTE-Systemen erreicht werden kann. Das bedeutet wiederum, dass sich die Kapazität wesentlich erhöht und sich die Leistung und die Qualität für den Nutzer wesentlich verbessern.

Eine der größten Herausforderungen in Europa ist die Unterstützung von Träger-Aggregation bei allen oft genutzten LTE-Bandbreiten. Dass dies jetzt von Mehrband-, Mehrstrahlantennen sowie von Breitbandantennen mit fokussiertem Strahl in Gebäuden erfüllt wird, ist ein Durchbruch.

Lösungen, die 2600/1800/800 LTE-Bänder unterstützen können, sind die ideale Kombination für permanente und temporäre Hotspot-Anwendungen in ganz Europa.

Eine bleibende Lösung

Mobilfunkbetreiber auf der ganzen Welt sind schnell auf die Netzwerkverbesserungen und Erhöhung der Kapazität, die Mehrstrahl-Systeme ihren Netzwerken bringen können, aufmerksam geworden. Die Anwendungen von Sechsstrahlantennen bei den Olympischen Spielen in Rio und auf dem Petersplatz für das einjährige „Außerordentliche Jubiläum der Barmherzigkeit“ waren sehr erfolgreich und haben bewiesen, dass Mehrstrahlantennen nun einen festen Platz in der Planung von Makro-Netzen der Zukunft haben.

Mehrstrahlantennen

Bild 4: Aufgestellt vom italienischen Mobilfunkbetreiber TIM bedient die Installation die Datennachfrage von täglich über fünfzigtausend Menschen auf dem Petersplatz in Rom. Globes

Obwohl diese Systeme ursprünglich nur als Lösungen für temporäre Hotspots bei einmaligen und gelegentlich stattfindenden Veranstaltungen gedacht waren, werden sie vermehrt von Mobilfunkbetreibern für dauerhafte Installationen verwendet, wie das Beispiel vom Petersplatz in Rom zeigt (Bild 4).

Einer der führenden Mobilfunkbetreiber im Vereinigten Königreich verwendet ebenfalls eine Sechsstrahlantenne für spezielle Veranstaltungen bei Versammlungen wie dem Glastonbury Musikfestival, wo die Antennen sämtliche Kapazitätsanforderungen von tausenden Besuchern erfüllten, die Videos und Musik streamten und teilten.

Der Bandbreitenkampf der Zukunft

Die Nachfrage nach mobiler Bandbreite wird sich für die Betreiber weiter erhöhen. Lösungen wie Mehrstrahlantennen entwickeln sich schnell und halten mit dieser wachsenden Nachfrage mit oder übertreffen diese sogar. Hersteller entwickeln gerade Neunstrahl- und sogar 15-Strahl-Systeme, die den Mobilfunkbetreibern neue Mehrband-Werkzeuge in die Hand gegeben, mit denen sie ihr Netz planen können.

Eine führende Quelle aus der Industrie sagt: „Betreiber haben gelernt, dass eine dauerhafte Nachfrage nach schnellem Mobilfunk mit sehr hoher Kapazität und annähernd Wi-Fi-Qualität von hunderten von Mbit/s besteht. Theoretisch erreicht die Multiträger-Aggregation fast 400 bis 500 Mbit/s pro Strahler.“