Würfel statt Mobilfunkturm

Forscher in den Bell Labs wollen Basisstationen deutlich effizienter machen und das drahtlose Internet so insgesamt beschleunigen.

So praktisch der mobile Netzzugang auch ist: Während man zu Hause über DSL normalerweise so viel herunterladen darf, wie man möchte, erreicht man mobil mit etwas mehr Datenhunger als der Durchschnitt schnell die von den Mobilfunkfirmen eingezogenen Bandbreitengrenzen. Die Funknetze seien überlastet, heißt es dann, mit all den vielen Smartphones und Tablet-Rechnern. Aus diesem Grund könne man auch keine unlimitierten Datenmengen anbieten, sagen Telekom, Vodafone, O2, E-Plus und ihre Konkurrenten.

Forscher an den Bell Labs des Netzausrüsterkonzerns Alcatel-Lucent wollen nun mit einer neuartigen Technik dafür sorgen, dass Basisstationen effizienter werden und diese Argumentation in wenigen Jahren nicht mehr gilt. Ihre Entwicklung nennt sich Light Radio Cubes (LRC). Dabei handelt es sich um kompakte programmierbare Funkmodule, die Mobilfunktürme ersetzen oder ergänzen können.

Jeder LRC-Würfel hat nur eine Kantenlänge von sechs Zentimetern und enthält Sende- und Empfangseinheiten, die sich flexibel unter den verschiedensten Bedingungen und Kapazitätsanforderungen einsetzen lassen sollen. Zwei der Geräte können bereits einen beschränkten Bereich wie ein Stadion oder eine Bahnstation abdecken – und dabei so viel Netzverkehr aufnehmen, wie ein großer Mobilfunkturm, der eine deutlich umfangreichere Fläche ausleuchten muss. Ein Cluster aus 10 oder 20 LRCs kann außerdem ein Array bilden, das die Funkmodule einer typischen Basisstation ersetzt. Der Vorteil: Ein solches System kann die Radiosignale in Echtzeit in diejenige Richtung lenken, aus der das Signal kommt, egal, um welchen verwendeten Funkstandard es sich handelt. So wird die Leistung optimiert.

LRCs könnten die Effizienz auch noch anderweitig steigern. In einem traditionellen Mobilfunkturm gehen bis zu 50 Prozent der Leistung nur dafür drauf, das Signal vom Verstärker und anderen Komponenten der Basisstation zum Funkmodul an der Spitze des Mastes zu leiten. Diese Elektronik wurde in den Würfeln miniaturisiert und verteilt das Signal im Gerät selbst, so dass es kaum Verluste gibt. Schabel schätzt, dass die Technik bis zu 40 Prozent billiger sein kann als die Anschaffung neuer Makrozellen, die man sonst kaufen würde, um die Kapazität zu erhöhen.

Bis es so weit ist, müssen allerdings erst Feldtests erfolgreich abgeschlossen werden. Aktuell wird die Technik, die mit GSM, UMTS und LTE arbeitet, von der spanischen Telefonica, Etisalat aus den Vereinigten Arabischen Emiraten und China Mobile getestet. Besonders im Riesenreich ist man sehr interessiert: Dort gilt es, 650 Millionen Kunden zu versorgen.

Die Nachfrage nach mobiler Bandbreite soll in den nächsten fünf Jahren geradezu explodieren. Bell Labs rechnet selbst mit einem Anstieg des Datenverkehrs um den Faktor 25, der Konkurrent Cisco immerhin mit Faktor 18 bis 2016. Beide Vorhersagen zeigen, dass schnell etwas geschehen muss. "Ich denke, wir stehen gerade am Anfang großer Veränderungen. Wir müssen neu definieren, was ein drahtloses Netzwerk tatsächlich ist und was es können muss. Wie wichtig es für uns Menschen ist", meint Mike Schabel, Vizepräsident von Alcatel-Lucent, wo die Bell-Labs-Technik kommerzialisiert wird.

Alcatel-Lucent ist nicht der einzige Marktteilnehmer, der an einem solchen Konzept arbeitet. Andere Firmen wie Ericsson, Huawai, Cisco, Samsung, NEC und Nokia-Siemens erforschen ebenfalls Mini-Module, die sie "Small Cells" nennen. Die Marktforschungsfirma Visiongain sagt voraus, dass noch in diesem Jahr bis zu einem Drittel der Mobilfunkbetreiber der Welt die kleinen Zellen nutzen könnte.

Carrier setzen zudem verstärkt auf Indoor-Technik, sogenannte Femtocells, die schlecht ausgeleuchtete Bereiche in Gebäuden versorgen sollen. AT&T hat mittlerweile mehrere Hunderttausend der von Cisco hergestellten Minigeräte in den USA im Einsatz – auch bei Privatleuten. Der Trend geht dabei zu heterogenen Netzwerken aus großen Mobilfunktürmen, Femtocells, Small Cells und WLAN-Netzen als Alternative.

"Diese kleineren Zellen könnten die Nachfrage nach Bandbreite sichern, die Smartphone-Apps hervorgerufen haben", meint Narayan Mandayam, Professor für Elektrotechnik an der Rutgers University, der im Drahtlos-Bereich forscht. "Wir müssen etwas ändern. Die Carrier operieren bereits jetzt am Rande ihrer Möglichkeiten."

Kleine Zellen könnten auch praktische Probleme lösen helfen. Bislang werden Kapazitäten ausgebaut, indem man das sogenannte Cell-Splitting einsetzt. Dabei wird ein Bereich, der aktuell von 10 Makrozellen abgedeckt wird, mit 10 weiteren Mobilfunktürmen versorgt und das Gebiet anschließend in 20 Makrozellen unterteilt. Dafür muss man allerdings erst einmal Platz auf den Dächern finden. Auch aus der technischen Perspektive ist dieser Ansatz nicht unbedingt schlau: An den Grenzen zwischen Zellbereichen kann es zu Interferenzen kommen. Die Bell-Labs-LRCs sind dagegen so aufgebaut, dass sie auch mit einer anderen Makrozelle friedlich koexistieren können.

Die Verbreitung von Smartphones sorgt dafür, dass die Mobilfunkindustrie mittlerweile stark unter Druck steht. Es gibt kaum ein Mobilfunkunternehmen mehr, das den Datenverkehr nicht einschränkt, in dem die Durchsatzrate gedrosselt wird. Oder man erhält am Monatsende eine teure Abrechnung, die jedes zusätzliche Gigabyte aufführt. Eine Möglichkeit wäre nun, neue Spektren freizugeben. Vermutlich ist es aber schlauer, zunächst einmal damit zu beginnen, bestehende Zellen effizienter zu managen. "LRCs sollten dabei helfen, dass sich Datenstaus auflösen", meint Yingying Chen vom Stevens Institute of Technology in Hoboken, die sich auf Drahtlos-Technik spezialisiert hat. "Die Lösung können nicht einfach nur mehr Mobilfunktürme sein." (bsc)