2G bis 5G: So nutzt die Telekom ihr Mobilfunk-Frequenzspektrum

Im Zusammenhang mit der 5G-Auktion wurde in den letzten Monaten viel über das Thema Mobilfunk-Frequenzen berichtet. Für Mobilfunknetzbetreiber ist Funkspektrum essenziell, ohne entsprechende Lizenzen kann der Sendebetrieb nicht aufgenommen werden.

Wie die einzelnen Netzbetreiber ihr Mobilfunk-Frequenzspektrum im Detail einsetzen, soll in dieser Artikel-Serie dargestellt werden. In diesem Artikel geht es um das Netz der Telekom Deutschland.

Die Telekom setzt ihr Spektrum in Deutschland für vier verschiedene Technologien ein: 2G (GSM), 3G (UMTS), 4G (LTE) und neuerdings auch für 5G. Dabei besitzt der Anbieter sowohl Lizenzen für sogenannte „Flächenfrequenzen“ als auch für „Kapazitätsfrequenzen“, wie die nachfolgende Abbildung verdeutlicht.

Unter Flächenfrequenzen kann man ganz grob den Bereich unterhalb von 1 GHz definieren, hier ist physikalisch bedingt die Reichweite höher und die Durchdringung von Gebäuden ist einfacher. Es handelt sich also um einen sehr wichtigen Frequenzbereich, welcher die Basis eines jeden Mobilfunknetzes darstellt.

Kapazitätsfrequenzen oberhalb von 1 GHz verfügen über eine geringere Reichweite, ermöglichen – ggfs. in Kombination mit den Flächenfrequenzen – jedoch eine deutliche Steigerung der Kapazität im Netz und damit auch der maximalen Geschwindigkeiten.

GSM: Basis-Netz der Telekom

Für die Grundversorgung mit mobiler Telefonie setzt die Telekom in Deutschland auf das GSM-Netz (2G). Dieses wird im Frequenzbereich um 900 Megahertz betrieben. Früher wurde auch der Bereich um 1.800 MHz für GSM genutzt, diese Zeiten sind jedoch schon länger vorbei, das gesamte Spektrum wurde zu LTE umgewidmet (sog. Refarming).

Neben Telefonie-Diensten werden im GSM-Netz auch noch diverse Machine-to-Machine (M2M) Dienste angeboten. Darunter kann man sich beispielsweise Kartenzahlungsgeräte oder Aufzug-Notrufmodule vorstellen. Da das GSM-Netz vergleichsweise wenig Funkspektrum belegt und zudem als Fallback-Netz fungiert, ist davon auszugehen, dass das Netz noch mehrere Jahre lang parallel zu LTE und 5G betrieben werden wird.

UMTS: Von der Abschaltung bedroht

Alles andere als zukunftssicher ist das UMTS-Netz, auch unter dem Namen 3G bekannt. Die Telekom betreibt dieses Netz im Frequenzbereich um 2.100 MHz und hat bereits vor einigen Jahren in den AGB darauf hingewiesen, dass das UMTS-Netz voraussichtlich nur bis Ende 2020 verfügbar sein wird.

Danach wird das Frequenzspektrum vermutlich für LTE oder 5G eingesetzt werden, denn beide Technologien können das Spektrum deutlich effizienter nutzen.

Das LTE-Netz trägt die Hauptlast

Der größte Teil des Verkehrs wird heutzutage über das LTE-Netz (4G) abgewickelt. Bei der Telekom ist dieses mit rund 98 Prozent Bevölkerungsabdeckung nahezu gleich gut wie das GSM-Netz ausgebaut, bietet aber eine viel höhere Kapazität.

Die Telekom nutzt für LTE mit Stand August 2019 die Frequenzbereiche um 800, 900, 1.800 und 2.600 MHz. Dies entspricht den Bändern 20, 8, 3 und 7. In naher Zukunft werden voraussichtlich auch Band 28 (700 MHz) und Band 32 (1.500 MHz) eingesetzt.

Das LTE-Netz funkt also auf verschiedenen Frequenzbereichen, je nach Sendestandort sind aber nicht immer alle Frequenzen im Einsatz. So wird an Standorten mit wenig Auslastung oftmals nur Band 8 und Band 20 aktiviert, um die Versorgung in der Fläche sicherzustellen.

Standorte mit viel Datenverkehr werden dagegen aktuell oft mit dem gesamten verfügbaren Spektrum ausgestattet, um möglichst viel Kapazität und hohe Datenraten bieten zu können.

Carrier Aggregation

Mittels Kanalbündelung (Carrier Aggregation, kurz CA) können die einzelnen Frequenzbereiche bei LTE gebündelt werden, dadurch vervielfacht sich die maximale Datenrate. Die Telekom Deutschland nutzt diese Funktion an vielen Standorten.

Carrier Aggregation wird bei der Telekom zwischen verschiedenen Frequenzbereichen im Downlink genutzt, nur Band 8 wird bislang nicht mit anderen Bereichen gebündelt. Auch im Uplink ist Carrier Aggregation an einigen Standorten schon im Einsatz.

Oft wird zum Beispiel zu einem bestehenden Band 3 Träger ein weiterer Band 3 Träger aktiviert (sog. Second Carrier). Dann spricht man von 2CA. Notwendig wird dies überhaupt erst, da bei LTE die Breite eines Trägers auf 20 MHz begrenzt ist.

Wie in der obigen Tabelle sichtbar ist, hat die Telekom aber 30 MHz Spektrum im 1.800 MHz Bereich, sodass sie einen weiteren Träger mit 10 MHz aufschalten muss.

Wie hier am Samsung Netmonitor sichtbar, nutzt die Telekom im Downlink sowie um Uplink Carrier Aggregation. Hier: 3CA DL, 2CA UL.

Weitere technische Kniffe zur Steigerung von Kapazität und Geschwindigkeit im LTE-Netz sind die 4×4 MIMO-Antennentechnik sowie die 256QAM. 4×4 MIMO kann die Downlink-Datenrate gegenüber 2×2 MIMO in der Theorie verdoppeln. Die Telekom setzt 4×4 MIMO an vielen Standorten ein, aber nicht an allen und auch nicht in jedem Frequenzband.

Um die spektrale Effizienz zu erhöhen, hat die Telekom vor einiger Zeit 256QAM (Quadtrat-Amplituden-Modulation) im Downlink aktiviert. Dies steigert die Geschwindigkeit im Vergleich zum vorher eingesetzten 64QAM um 33 Prozent. Eine tolle Möglichkeit, die Verbesserungen durch MIMO und Modulation zu verdeutlichen, bietet diese Webseite.

5G bei der Telekom

Die neue Mobilfunk-Generation 5G wird bei der Telekom vorerst im Frequenzbereich um 3,6 GHz (Band n78) ausgebaut. Die Reichweite ist hier sehr gering, die Telekom spricht von durchschnittlich etwa 300 Metern.

Zum Vergleich: eine LTE-Zelle im Band 20 hat oft Reichweiten von 10 Kilometern und mehr. Dafür steht hier sehr viel Funkspektrum zur Verfügung, sodass künftig sehr hohe Bandbreiten über 5G erwartet werden können.

Ein Unterschied zu LTE ist bei 5G Mobilfunk-Technik beispielsweise die Antennen-Größe. Während LTE-Antennen maximal 4×4 MIMO bieten, haben 5G-Antennen oft ein Vielfaches der Sende- und Empfangseinheiten.

Die Telekom setzt zum Beispiel Huawei AAU5313 für 5G ein, diese haben 32 Sende- und Empfangseinheiten. Aber auch Module mit 64 oder 128 Antennen wurden bereits gesichtet.

5G Smartphones gibt es bereits zu kaufen, das Netz ist bislang nur spärlich ausgebaut.

Fazit zum Telekom Mobilfunk-Frequenzspektrum

Die Telekom kann in Deutschland über umfangreiches Frequenzspektrum verfügen. Dieses wird derzeit zum größten Teil für die LTE-Mobilfunktechnik genutzt.

Das GSM-Netz (2G) dient als Basis- und Fallback-Netz, wohingegen die Abschaltung des UMTS-Netzes (3G) nur noch eine Frage der Zeit ist. In Zukunft wird die Hauptlast im Mobilfunknetz der Telekom von LTE (4G) getragen werden, dies wird für eine sehr lange Zeit das Basis-Netz der Telekom bilden.

5G wird zur Steigerung der Geschwindigkeit an Bedeutung gewinnen, mit dem LTE-Netz jedoch nicht in Konflikt stehen.

Ihr habt Fragen oder Ergänzungen zur Thematik? Dann schreibt sie gerne in die Kommentare. Ich habe versucht, in diesem Artikel einen groben Überblick zu geben, aber das Thema ist natürlich noch viel umfangreicher!

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