Feature Stories - Stärkungsmittel fürs Handysignal
Wir leben in einer rund um die Uhr aktiven, mobilen und drahtlosen Welt im Onlinemodus. Wo immer wir auch hingehen, sind wir verbunden - miteinander, mit dem Internet, mit all unseren Lieblings-Apps, mit all den Daten, die wir brauchen, und das Ganze genau dann, wenn wir es brauchen. Zumindest glauben wir gern an diese neue schöne Welt. In der Realität sieht es aber oft ganz anders aus. Es gibt durchaus Ecken in unseren Wohnungen, in denen das Internet nicht funktioniert. Es gibt in den Städten schwarze Flecken und in entlegeneren Gegenden hat das drahtlose Netz riesige Löcher. Noch ist die Mobilfunkabdeckung weit davon entfernt, flächendeckend zu sein. Was das Problem noch verschlimmert, ist die Tatsache, dass sich Smartphones, selbst wenn sie ein gutes Signal empfangen, oft mit dem Herunterladen der benötigten Daten schwer tun, da die Mobilfunknetze gesättigt sind. Der Äther ist schlicht voll ausgelastet. Europa war im Bereich der Telekommunikation schon immer spitzenmäßig innovativ und stets ein Pionier der nächsten Generation mobiler Technologien. Und deshalb sollte man die "Femtozellen" im Auge behalten. Diese kleinen Mobilfunkzellen sollen sowohl die Konnektivität als auch die Abdeckung auf lokaler Ebene verbessern. Bessere Signale Das Prinzip ist dabei ganz einfach: Die Mobilfunkbetreiber investieren keine Millionen mehr in leistungsstarke Langstrecken-Basisstationen, um die Abdeckung eines weiten Gebiets abzusichern, sondern richten die mobilen Verbindungen auf lokal begrenztere Kleinzellen aus. Eine Femtozelle für die Wohnung ergibt zum Beispiel eine verbesserte Abdeckung für ein Haus oder höchstens einen Wohnblock. Eine kommerzielle Kleinzelle könnte die mobile Konnektivität für ein komplettes Büro verstärken, während eine mobile Femtozelle die Passagiere der öffentlichen Verkehrsmittel mit einem starken wie auch statischem Signal (batterieschonend und ohne plötzliche Signalschwankungen) versorgen kann. Und Femtozellen sind noch weit mehr als nur mobile Verstärkerstationen: Mit ihrer Hilfe kann der Datenverkehr aus dem mobilen Funkwellenverkehr abgeleitet werden. Diese Entlastung schafft mehr Netzkapazität. Eine mit dem Breitbandfestnetz verdrahtete Femtozelle kann den Daten- und Sprachverkehr über die Festnetzleitungen umleiten, und somit die wertvollen Funkfrequenzen für noch mehr Datenverkehr freischaufeln. Schneller Vorankommen Um diese praktischen Ideen in die Realität umzusetzen, muss noch erheblich weitergeforscht werden. Viele Punkte müssen noch zu einem sinnvollen Muster gefügt werden. Wie kann man etwa verhindern, dass sich die Femtozellsignale mit den Signalen zu den und von den Hauptbasisstationen überlagern? Wonach soll entschieden werden, ob die Verbindungen über das Festnetz zu leiten sind? Welche Protokolle sollten in den Schichten des "Kommunikationsstapels" zur Anwendung kommen? Das RP7-Projekt Befemto ("Broadband-evolved Femto networks") vereint mehrere Industriegiganten auf dem Gebiet der mobilen Telekommunikationsgeräte, Mobilfunkbetreiber, kleine Unternehmen im Bereich Schlüsseltechnologien und mehrere Technologie-FuE-Einrichtungen, um diese Probleme zu lösen und Prototypen von Femtozellen im Betrieb vorzuführen. "Europa erkennt nun, dass mobile Konnektivität eine starke soziale und wirtschaftliche Triebkraft ist", erläutert Dr. Thierry Lestable, seines Zeichens Projektkoordinator. "Die EU-Finanzhilfen für die Entwicklung kostengünstiger Technologien zur Verbesserung und Stärkung innovativer Dienstleistungen sind für das Wachstum enorm wichtig, und zwar nicht nur für die Expansion von Telekommunikationsgeräteherstellern und Mobilfunkanbietern, sondern für die Ökonomie im Ganzen. Die meisten Unternehmen verlassen sich inzwischen auf Mobilität und permanente Konnektivität. "Durch das Einfügen von Femtozellen und Kleinzellen in den Mobilfunknetzmix ermöglichen wir es den Mobilfunkbetreibern, ihre Leistung in Bezug auf die Bandbreiten durch heterogene Netze (HetNets) und die nahtlose Integration des Festnetz-Telekommunikationsnetzes zu verbessern", fährt Dr. Lestable fort. "Dieses Um- und Weiterleiten muss allerdings optimiert und auf intelligente Weise ausgeführt werden. Wir haben sich selbst verwaltende Femtozellverbindungen entwickelt und erprobt, die derart programmiert sind, dass sie ihre drahtlosen Protokolle, die Frequenzen und den Datenverkehr in Abhängigkeit von jeder Menge kontextuellen Daten auswählen." Befemto hat moderne Algorithmen zur Kooperation, Selbstorganisation Selbstheilung und zum Umschalten entwickelt. Dank ihrer eingebauten Intelligenz können die Femtozellen den Einsatz der Funkfrequenzen (beispielsweise in Abhängigkeit von der Verkehrsdichte) und der Breitbandfestnetze optimieren. Sie können überdies mit Makro-Basisstationen kommunizieren, ohne dass es zu Überlagerungen oder einer Beeinflussung der Makrosignalqualität bzw. -kapazität kommt. "Dank dieser neuen Algorithmen können die Femtozellnetze zusammenarbeiten, und so eine erstklassige Abdeckung für die Nutzer bereitstellen sowie eine bessere nahtlose, kostengünstige Entlastung der mobilen Dienste mit geringer Leistungsaufnahme unterstützen", merkt Dr. Lestable an. "Wir konzentrieren uns auf die neu eingeführten LTE- bzw. 4G-Netze, da die Kunden dafür einen Aufschlag zahlen und ein echtes Breitbanderlebnis, d. h. Schnelligkeit, Zuverlässigkeit und überall unbegrenzten Zugriff auf alles erwarten. Femtozellen und Kleinzellen ermöglichen es den Betreibern, diese Erwartungen zu erfüllen, und gleichzeitig die Betriebskosten zu senken." Aktiv in allen Bereichen Die Projektpartner haben die beeindruckende Menge von zwölf Patenten für die im Rahmen des Projekts entwickelten Technologien angemeldet. In diesen Patenten geht es um neuartige Netzwerküberwachungssoftware bis hin zu Optimierungsalgorithmen für den mobilen Datenverkehr. Das Projekt konnte gleichermaßen die Funkfrequenz-Front-End-Technologie voranbringen, um die Signalqualität zu verbessern und Interferenzen zwischen Femtozellen und anderen drahtlosen Geräten zu reduzieren. Im internationalen Maßstab spielte Befemto eine wichtige Rolle dabei, Industriestandards für Femtozellprotokolle und Mechanismen zur Umstellung des Datenverkehrs zwischen Mobil-, WiFi- und Festnetzarchitekturen vorzuschlagen und zu unterstützen. Die Projektpartner leisteten insgesamt 27 direkte Beiträge an das 3GPP (3rd Generation Partnership Project), eine weltweite Kooperation von Standardisierungsgremien für die Standardisierung im Mobilfunk. Die Partner veranstalteten außerdem fünf internationale Workshops weltweit sowie zwei Schulungen, um die Projekterkenntnisse bekannt zu machen und ein gemeinsames Wissen über dieser Technologien innerhalb der Gemeinschaft aufzubauen. Die Partner veröffentlichten über 70 internationale wissenschaftliche Publikationen. Die Befemto-Technologien und Systemarchitekturen wurden in fünf Pilotvorführungen getestet. Die Resultate der Versuche zeigen, dass mit Femtozellen eine beträchtliche Reduzierung der Mobilfunknetzbelastung bei gleichzeitiger Stärkung der Signalstärke und -qualität auf lokaler Ebene zu erreichen ist. Die Arbeit des Projekts wird die Mobilfunkbetreiber dabei unterstützen, zwei technische Hauptziele zu erreichen: eine hohe spektrale Effizienz (8 Bit/s/Hz pro Zelle), was letztlich eine stärkere und bessere Ausnutzung der knappen Ätherwellen bedeutet, und eine maximale mittlere Sendeleistung von 10 mW, die für weniger Überlagerungen und Störungen sorgt. "Was aber am wichtigsten ist: Unsere Versuche beweisen auch den Mobilfunkbetreibern, dass das Kleinzellenmodell gut ist", sagt Dr. Lestable. "Wir haben verschiedene Geschäftsmodelle für deren Einsatz durchleuchtet. Und ganz egal, welches man bevorzugt, Femtozellen und Kleinzellen sparen den Mobilfunkbetreibern Geld und unterstützen sie bei der Werterschaffung, was wohl ein sicherer Weg sein dürfte, um sie auf den Markt zu bekommen." Es sieht fast so aus, als wäre dieser Traum der täglich rund um die Uhr zur Verfügung stehenden schnelle Konnektivität nahezu greifbar, ohne dass den Anrufen einfach so eine Straßenecke in die Quere kommen kann. Link zu einem Projekt auf CORDIS: - RP7 auf CORDIS - Befemto-Projektfactsheet auf CORDIS Link zur Projekt-Website: - Website "Broadband evolved Femto networks" Links zu themenbezogenen Videos/Audiomedien: - Youtube-Kanal des Befemto-Projekts Weitere Links: - Website der Europäischen Kommission zur Digitalen Agenda