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5G Reichweite

Wie weit funkt die neue Mobilfunktechnik?


Die 5. Generation des Mobilfunks steht auch in Deutschland kurz vor der Einführung. Spätestens X sollen die ersten Netze hierzulande online gehen. Doch wie weit wird 5G eigentlich reichen? Brauchen wir mehr Funkmasten und wenn ja, wieso?

Frequenz entscheidend für die Reichweite

Zunächst einmal ist festzuhalten, dass der Mobilfunkstandard an sich nichts über die Reichweite aussagt. Eine Aussage derart, dass 4G weiter als 3G oder 5G weiter als 4G reicht, ist schlichtweg Unsinn. Ausschlaggebend ist vor allem die verwendete Frequenz der Basisstation auf der gefunkt wird. Hier gibt also die Physik den Ton an und weniger die Technik. Allgemein gilt, dass mit zunehmender Wellenlänge bei elektromagnetischen Wellen auch die Reichweite steigt. Darüber hinaus gilt – je niedriger die Frequenz, desto höher die Wellenlänge. Der Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Frequenz lautet im Detail:

Formel zur Berechnung der Wellenlänge
Beispiel Berechung der Wellenlänge mit 800 und 3600 MHz

Man sieht also direkt, dass die höhere Frequenz eine deutlich geringere Wellenlänge und somit Reichweite aufweist, sofern die Sendeleistung gleich bleibt. Oder anders ausgedrückt:

Bei gleicher Sendeleistung nimmt die Reichweite eines Funkmastes proportional zur Wellenlänge ab!

Konkrete Reichweite in der Praxis

Wie wir im vorherigen Abschnitt hergeleitet haben, ist also im Mobilfunk der Frequenzbereich entscheidend. LTE, also 4G, funkt hierzulande aktuell vor allem auf 800, 900, 1800, 1500, 2100 und 2600 MHz. LTE-Stationen mit 800 MHz verfügen in etwa über eine Reichweite von 15-20 Kilometern, wobei dies von vielen Umweltfaktoren abhängt, insbesondere der regionalen Topologie. Daher gehen wir der Einfachheit von einer flachen Landschaft aus. In der Praxis ergeben sich der Erfahrung nach dann in etwa folgende Reichweiten:




* Samsung erzielte 2018 bei 5G-Tests bei 28 GHz eine Reichweite von maximal 500 Metern.

Zudem gilt, dass bei niedriger Frequenz eine bessere Gebäudedurchdringung gegeben ist als bei höheren. Denn nicht immer befindet sich der Nutzer im Freien…

Die ersten zur Disposition stehenden 5G-Frequenzen, welche seit der Auktion am 19.3.2019 versteigert werden, liegen hingegen im Band bei 2.1 sowie 3.6 GHz. Hier kann man maximal von 1 km Reichweite ausgehen. Daher wäre diese Frequenz auch gänzlich ungeeignet für den 5G-Ausbau auf dem Land. Das erkannte Bitcom-Präsident Achim Berg bereits Mitte 2018 und warnte:

Damit lässt sich wirtschaftlich keine Flächendeckung herstellen. Im Durchschnitt müsste jeden Kilometer ein Sendemast aufgebaut, mit Glasfaser angeschlossen und mit Strom versorgt werden. Wir müssten einmal ganz Deutschland aufgraben, um die geforderte Flächendeckung herzustellen. Das ist schlicht nicht machbar und geht an den Realitäten des Mobilfunks vorbei.

Für eine weitreichende Abdeckung wäre daher das aktuell kaum genutzte Band 28 bei 700 MHz ideal. Aufgrund der geringen Bandbreite, hielte sich allerdings die erzielbare Datenrate auch mittels 5G sehr in Grenzen. Telekom, O2 und Vodafone verfügen hier nur je über 2 x 10 MHz.

Bandaufteilung bei 700 MHz

Aufteilung bei 700 MHz | Quelle: Bundesnetzagentur


Ultrakurze Reichweite bei mmWave

Wie wir gesehen haben, ist die Reichweite im Bereich über 2 GHz bereits äußerst gering. Für 5G sind aber noch höhere Frequenzen im mm-Bereich geplant bei 6-30 GHz. Derartige Funkzellen hätten dann eine Reichweite von nur wenigen hundert oder gar unter 50 Metern, ähnlich wie heimische WLAN-Netze. Man spricht daher auch von Small- oder Micro-Cells.

Reichweitenvortele der 5G Technik

Durch den Einsatz diverser Verfahren, können 5G-Stationen dennoch eine etwas höhere Reichweite erzielen. Möglich macht das der Einsatz spezieller Mehrantennentechniken (MIMO) und vor allem Beamforming. Während herkömmliche 4G-Masten die Funkstrahlen praktisch in alle Richtungen feuern, wird bei 5G jedes Endgerät direkt angepeilt. Vereinfacht ausgedrückt, sendet der Mast einen gebündelten Funkkegel zum Nutzer, wie als ob man mit einer Taschenlampe im Dunkeln eine Person anstrahlt. In der Summe ergeben sich geringere Reichweitenverluste und die Kapazität der Station erhöht sich enorm. Der Mast kann so ein Vielfaches mehr an Nutzern versorgen - hier geht es um den Faktor 1000. Netzwerkausrüster Ericsson ist sogar der Ansicht, dass man mit 5G bei 3.5 GHz eine ähnliche Reichweite erzielen könne, wie früher mit UMTS auf 2.1 GHz.

Warum sind keine genauen Angaben zur Reichweite möglich?

Tatsächlich ist es fast unmöglich eine genaue Angabe zur Reichweite bei einer bestimmten Mobilfunkfrequenz zu machen. Schuld daran sind extrem viel beeinflussende Faktoren. Das komplizierte COST Hata Model ermöglicht zumindest grob eine Modellierung in Abhängigkeit von Frequenz, Antennenhöhe von Nutzer und Funkmast sowie der Distanz. Zusätzlich spielen aber noch Wetter, umgebende Bebauung/Topologie und ggf. Geschwindigkeit des Rezipienten eine Rolle.

Fazit

Sofern für 5G-Mobilfunk keine Frequenzbereiche unter 3 GHz eingesetzt werden, ist mit einer sehr geringen Reichweite zu rechnen. Respektive benötigt man für den Ausbau eine extrem hohe Dichte an Funkstationen (viele Smartcells). Nur mit Bändern die heute für UMTS oder LTE eingesetzt werden im Bereich von 0,7-2 GHz ließen sich größere Flächen kostengünstig erschließen.