Mikrowellentechnik Full-Duplex-Übertragung mit 10 GBit/s im Up- und Downlink

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Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Nokia hat eine Full-Duplex-Übertragung im D-Band demonstriert, bei der 10 GBit/s im Up- und Downlink über einen Kanal übertragen wurden. Welche Vorteile sich daraus ergeben und was hinter der Technik steckt.

Das begrenzte Funkfrequenzspektrum wird für Mobilfunknutzer und Netzbetreiber zunehmend zu einem Problem. Eine begrenzte Anzahl von Frequenzbändern für drahtlose Kommunikation wie Mobilfunk, WLAN und Satellitenkommunikation führt immer häufiger zu Überlastungen und Konkurrenz um verfügbare Frequenzen. Hinzu kommt ein steigender Bedarf an Kapazität sowie die wachsende Zahl an Geräten und Techniken, die auf drahtlose Kommunikation angewiesen sind.

Fortschritte bei der Mikrowellen-Übertragungstechnik können entlasten. Denn Mikrowellen werden häufig sowohl für Verbindungen zwischen Mobilfunkstationen und dem Kernnetz (Backhaul) als auch zwischen den Antennen einer Mobilfunkzelle und der Basisbandeinheit eingesetzt, welche die Signalverarbeitung übernimmt (Fronthaul). Vor allem dann, wenn Alternativen wie Glasfaser nicht zur Verfügung stehen.

Weltweit erste vollständige drahtlose Duplex-Übertragung

Es gibt bei der Mikrowellen-Transporttechnik Fortschritte: Nokia hat die weltweit erste drahtlose Full-Duplex-Übertragung realisiert. Sie ermöglicht es, Daten gleichzeitig in beide Richtungen über dieselbe Verbindung zu übertragen. Senden und Empfangen finden zur gleichen Zeit und über den gleichen Kanal statt, ohne Verzögerungen oder Störungen. Die Vorteile einer Full-Duplex-Übertragung:

• Durch die gleichzeitige bidirektionale Kommunikation wird die gesamte Bandbreite effektiver genutzt.

• Keine zusätzliche Zeit zur Umschaltung zwischen Sende- und Empfangsmodus führt zu geringeren Verzögerungen und damit weniger Latenz.

• Besonders vorteilhaft für Echtzeitanwendungen wie Sprach- und Videoübertragungen.

Weltweit streben Betreiber nach mehr Spektrumseffizienz in ihren Netzen. Netzausrüster wie Nokia forschen deshalb an Techniken, die über traditionelle Systeme hinausgehen, die separate Frequenzen für die Übertragung und den Empfang verwenden. Ein Ansatz besteht darin, das Line of Sight MIMO zu nutzen. Eine höhere Kapazität wird mittels Mehrantennentechnik erzielt. Allerdings schlägt Nokia einen anderen Weg ein.

Eine weltweit erste drahtlose Full-Duplex-Übertragung für feste Punkt-zu-Punkt-Verbindungen hat Nokia im D-Band bei Frequenzen von 130 bis 175 GHz demonstriert. Durch die gleichzeitige Übertragung und den Empfang von Signalen über einen einzigen Kanal wird die Kapazität eines herkömmlichen Systems effektiv verdoppelt. Die Techniker demonstrierten damit eine Kapazität von 10+10 GBit/s. Konkret waren das 10 GBit/s im Uplink und 10 GBit/s im Downlink über einen Kanal mit 2 GHz. Dies funktioniert sowohl für die Verbindungen zwischen Mobilfunkstationen und dem Kernnetz (Backhaul) als auch zwischen den Antennen einer Mobilfunkzelle und der Basisbandeinheit, die die Signalverarbeitung übernimmt (Fronthaul).

Ein neuer Standard für wachsende Kapazitätsanforderungen

Mit der Full-Duplex-Technik erhöht sich nicht nur die Spektrumeffizienz um 100 Prozent im Vergleich zu aktuellen Systemen, sondern es liegen für Netzbetreiber auch weitere Vorteile auf der Hand:

• Steigerung der Energieeffizienz um bis zu 100 Prozent,

• bis zu 50 Prozent weniger Hardware und

• einfacherer Aufbau, da Full-Duplex-Systeme nur eine einzige Komponente für alle Anwendungsfälle benötigen.

Für Mobilfunknutzer bedeutet dies wiederum zuverlässigere und schnellere Dienste, welche die nächste Generation drahtloser Anwendungen unterstützen können. Die Full-Duplex-Technik hat signifikante Vorteile gegenüber Line of Sight MIMO. Letztere Technik nutzt mehrere Antennen, um Signale direkt über mehrere Sichtverbindungen zu übertragen, was besonders in stark frequentierten oder weitläufigen Umgebungen nützlich ist.

Für temporäre 5G-Netze bei Großveranstaltungen

Die Full-Duplex-Technik kann dabei helfen, temporäre 5G-Netze für Veranstaltungen wie Festivals, Sportereignisse oder Konferenzen effizienter und schneller aufzubauen. Eine aufwendige Glasfaseranbindung ist nicht notwendig. Die Technik ermöglicht es, drahtlose Verbindungen effizienter zu nutzen. Dank der erhöhten Effizienz und Kapazität ist eine hohe Netzqualität möglich, auch wenn viele Nutzer gleichzeitig online sind. Schließlich stabilisiert die Technik drahtlose Verbindungen zwischen den verschiedenen Komponenten eines temporären Netzes, was den Aufbau leistungsfähiger Netze mit weniger physischem Aufwand erleichtert. (heh)

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