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Dynamic Spectrum Sharing (DSS)

Was bringt die Technik und wie funktioniert das Frequenz-Sharing?


Bislang mussten sich Mobilfunknetzbetreiber stets entscheiden, welche Mobilfunkgeneration über welche Frequenzbereiche gesendet werden sollte. Damit konnte ein konkretes Frequenzband bei 2,1 GHz zum Beispiel immer nur für 3G, 4G oder eben 5G genutzt werden und nie gemeinsam.

Mit dem Ausbau von 5G-Netzen wird oftmals auch eine neue Technologie namens Dynamic Spectrum Sharing, kurz DSS, aktiviert. Diese erlaubt den parallelen Betrieb von 4G (LTE) und 5G im gleichen Frequenzbereich. Was zunächst für Laien recht unspektakulär klingen mag, hat die Verbreitung von 5G enorm beschleunigt!

Mobilfunknutzer profitieren dank DSS heute schon (und in Zukunft noch mehr) durch eine deutlich verbesserte 4G- und 5G-Verfügbarkeit, während Netzbetreiber von einer effizienten Frequenzauslastung sowie einem kostengünstigen Netzausbau profitieren.

Dynamic Spectrum Sharing (DSS) bei 5G | Funktionsprinzip

Funktionsprinzip bei 5G DSS


Effiziente Verteilung der Bandbreite auf 4G und 5G

Wenn die Netztechnik DSS unterstützt und der Netzbetreiber die Funktion aktiviert hat, dann wird quasi in Echtzeit entschieden, welche Ressourcen im jeweiligen Frequenzband für 4G oder 5G genutzt werden. Sind beispielsweise ausschließlich 4G-Smartphones in der Funkzelle aktiv, so wird das gesamte Spektrum dafür verwendet. Sind ausschließlich 5G-fähige Endgeräte aktiv, kann vice versa 4G abgeschaltet und das gesamte Spektrum für 5G eingesetzt werden. Soweit die jeweiligen Extreme. Mischungen sind natürlich ebenfalls möglich, wie die obere Grafik veranschaulicht.

Da die Verteilung der Ressourcen fast in Echtzeit geschieht, kann das Netz sehr flexibel auf die Anforderungen der Nutzer reagieren. Durch Dynamic Spectrum Sharing wird das verfügbare Funkspektrum wwesentlich effizienter verwendet, als es bislang der Fall war. Die knappen Band-Ressourcen sind jederzeit optimal ausgelastet und sowohl 4G-Nutzer als auch 5G-Nutzer bekommen immer die maximal mögliche Kapazität zugewiesen.

Es gibt aber noch einen weiteren Effekt: Wenn 5G auf einem 4G-Frequenzband genutzt werden kann, steigt letztendlich auch die Reichweite. Denn die meisten Frequenzbereiche liegen unter dem zunächst eingeführten n78 Band bei 3.6 GHz.

So funktioniert Dynamic Spektrum Sharing DSS

Dynamic Spectrum Sharing in Deutschland

Sowohl die Deutsche Telekom (siehe Meldung) als auch Vodafone (zur Meldung) haben Ende April 2020 angekündigt, in Zukunft die DSS-Technologie einsetzen zu wollen. Das Ziel der beiden Anbieter ist es, den 5G-Ausbau deutlich zu beschleunigen, etwa durch Frequenzen mit höherer Reichweite oder durch die Verwendung von bereits bestehenden Antennen und Sender-Standorten.

Die Deutsche Telekom wird DSS zuerst im Frequenzbereich um 2.100 MHz nutzen. Bis Ende 2020 werden 5 MHz in diesem auch als Band 1 bzw. Band n1 bekannten Segment für DSS genutzt, also für 4G und 5G gleichzeitig. Weitere rund 5 MHz stehen wie gewohnt für 3G (UMTS) zur Verfügung, das 3G-Netz wird durch den Ausbau von 5G erst einmal nur in der Kapazität reduziert und nicht vollständig abgeschaltet. Ab Mitte 2021 verdoppelt sich dank der 3G-Abschaltung das Funkspektrum der Telekom in Band 1 / n1, sodass ab diesem Zeitpunkt 15 MHz für 4G/5G DSS eingesetzt werden können. Für die Kunden dürfte sich das in einer sehr deutlichen Steigerung der Geschwindigkeit ab diesem Zeitpunkt bemerkbar machen. Dank der Technik konnte der Konzern in weniger als 1 Jahr die 5G-Abdeckung von 0 auf über 50 Prozent steigern! Eine Leistung, die ohne DSS nicht möglich gewesen wäre.

Vodafone nutzt die DSS-Technologie zuerst im Frequenzbereich um 700 MHz (Band 28 / n28) einführen. Damit erreicht der Anbieter bis Ende 2020 rund 10 Millionen Menschen in Deutschland mit einem 5G-Netz. Die 700 MHz Frequenzen erlauben eine sehr hohe Reichweite und dringen zudem gut in Gebäude ein, sodass bereits wenige Standorte für eine gute Netzabdeckung ausreichen.

Endgeräte für Dynamic Spectrum Sharing

Eine gute Nachricht ist, dass DSS eine rein netzseitige Funktion ist, welche keine neuen Endgeräte benötigt. Jedes 4G/LTE Smartphone oder jedes 5G-Smartphone, welches das jeweilige Frequenzband unterstützt, wird auch in einer DSS-Funkzelle problemlos funktionieren.

Allerdings gilt zu beachten, dass im 5G-Betrieb bis auf Weiteres zusätzlich immer auch eine LTE-Ankerzelle benötigt wird (5G non-standalone), sodass das Endgerät zusätzlich auch Carrier Aggregation mit der entsprechenden Ankerzelle beherrschen muss. Hier kann es, gerade bei älteren 5G-Smartphones (bzw. Geräten der 1. Generation), zu Einschränkungen kommen.

Zusammenfassung der Vorteile von Dynamic Spectrum Sharing

  • deutlich schnellerer 5G-Ausbau als ohne DSS
  • bessere Nutzung der Ressourcen seitens der Provider möglich
  • keine neuen 5G-Antennen am Sendemast nötig
  • flexiblere Reaktion auf Anforderungen der Nutzer vor Ort
  • kostengünstigerer Netzausbau -> schneller fallende Preise
  • mögliche Reichweitensteigerung & Gebäudedurchdringung
    bei Nutzung von 3G/4G-Frequenzen
  • höhere durchschnittliche Datenraten zu erwarten

    dem stehen nur einige wenige Nachteile gegenüber:

  • nicht so hohe Geschwindigkeiten wie bei reinem 5G (SA)
  • nativer 5G-Ausbau mit Standalone und eigenen 5G-Antennen könnte sich verzögern
  • mitunter neue Hardware nötig

Kritik am DSS-Einsatz

Einer der wohl größten Nachteile von Dynamic Spectrum Sharing ist aber, dass damit der "richtige" 5G-Ausbau zunächst stark ins Hintertreffen gerät. Denn die Dinglichkeit zur Errichtung eines 5G-Kernnetzes und der Installation von neuen Antennen auf 3,6 GHz, wird damit erheblich reduziert. Die Telekommunikations-Konzerne können so im Marketing ohne großen Aufwand auf eine gute 5G-Abdeckung verweisen, obgleich es sich bei DSS-basierten Lösungen eigentlich eher um "Schummel 5G" handelt.

Dementsprechend niedrig fallen daher auch die erzielbaren Datenraten aus, welche über Dynamic S. Sharing kaum schneller als via LTE ausfallen. Vor allem aber die bei den Vorteilen oft gelobte niedrige Latenzzeit (Ping), ist über DSS mindestens so schlecht wie mit herkömmlichen 4G und liegt daher deutlich über 10 Millisekunden (ca. 20-50ms). Ein Highspeed 5G-Netz, wie es eigentlich versprochen wurde, gibt es mittel- bis langfristig nur mit eigenen 5G-Antennen bei 3,6 GHz oder gar mmWave und eigenem Kernnetz - Stichwort standalone 5G.