Unterstützung bei 5G-Netzplanung

Präzise Geodaten und KI für 5G

18. September 2020, 07:00 Uhr   |  Mark Yao/am

Präzise Geodaten und KI für 5G
© Here Technologies

Die COVID-19-Pandemie hat aufgezeigt, wie wichtig es ist, in Vernetzung, High-Speed-Internet und Digitalisierung zu investieren. Das Coronavirus hat gezeigt, wie wichtig schnelles Internet und Breitbandanschlüsse für unsere Gesellschaft und unsere Wirtschaft geworden sind. Gleichzeitig hat die Pandemie den Ausbau neuer 5G-Netze abgebremst. Während des Lockdowns konnten viele Montage-Crews nicht an den Basisstationen arbeiten und Sichtungen von Standorten für Sendemasten konnten nicht stattfinden.

Im Zuge der Pandemie mussten wir alle unsere Art zu arbeiten umstellen, sodass Home-Office, Unterricht am Computer oder Telemedizin zur Gewohnheit geworden sind. In unserer ohnehin schon hypervernetzten Welt wird digitale Vernetzung eine immer größere Rolle spielen. 5G wird entscheidend sein, wenn es darum geht, Menschen, die von verschiedenen Standorten aus arbeiten oder entfernt voneinander leben, mit Hochgeschwindigkeitsinternet zu versorgen. Dies gilt auch für die Möglichkeiten und die Vorteile, die das Internet of Things (IoT) bietet.

Es ist wenig überraschend, dass es dem Portal Statista zufolge 2024 ungefähr 1,9 Milliarden 5G-Anschlüsse weltweit geben wird. Die Vorteile von 5G liegen auf der Hand: Die Technik verspricht hohe Übertragungsgeschwindigkeit bei geringer Latenz und ermöglicht die Konnektivität vieler verschiedener Geräte. Weniger bekannt ist, dass es eine besondere Datengenauigkeit benötigt, um 5G-Netze zu planen und zu designen. Wenn also eine Übergabe von 5G-Daten von der einen Funkzelle an die andere erfolgt, müssen sie ihre tatsächliche Bedeutung und Granularität beibehalten. Die neuen Netze benötigen eine völlig neue Infrastruktur, die darauf ausgelegt ist, sehr hohe Frequenzen zu übertragen und den zwangsläufigen Signalverlust aufzufangen.

Der Netzplanung fällt dabei eine besondere Rolle zu. Um die Netze, den Zuschnitt der einzelnen Zellen und die möglichen Positionen der Basisstationen genau zu planen, helfen ortsbezogene Daten, exakte 3D-Karten sowie künstliche Intelligenz.

Ortsbezogene Daten sind der Schlüssel für den 5G-Netzausbau

Viele neue 5G-Netztopologien benötigen ortsbezogene und räumliche Daten in einer Genauigkeit, wie sie bislang in der Netzplanung nicht üblich waren. Sie müssen bis zu zehn Mal genauer sein als bei 4G-Netzen. In der LTE-Welt reichten grobe Daten aus, die auf zweidimensionalen Satellitenbildern basierten. Hochgenaue, indexierte Umgebungsdaten bieten eine räumliche und geometrische Präzision in 3D von unter einem Meter. Sie lassen sich in einer dreidimensionalen Karte darstellen, die die Umgebung mit der notwendigen Genauigkeit erfasst. Solche hochauflösenden und dreidimensionalen Karten finden zum Beispiel in der Automobilindustrie Verwendung, vor allem wenn es um teilautonomes und autonomes Fahren geht. Sie helfen einem Fahrzeug, seine Position exakt zu verifizieren. Dieses Prinzip lässt sich auch auf die Netzplanung und das Netzdesign in der Telekommunikation anwenden.

Die Planung des Zuschnitts der Funkzellen und der Standortbestimmung der einzelnen Funkmaste kann auf diese Weise vom Computer aus erfolgen. Umständliche und aufwändige Begehungen und Begutachtungen der Gegebenheiten vor Ort sind damit nicht mehr nötig. Netzbetreiber und Planer sparen auf diese Weise erhebliche Kosten und Zeit.

Die exakten Geodaten und präzisen Karten sollen verhindern, dass Hindernisse wie Gebäude oder Bäume 5G-Signale blockieren oder abgeschwächen. Dies trifft besonders auf 5G-Signale in einer bestimmten Bandbreite zu. Damit sie die großen Datenmengen übertragen können, sind sie hochfrequent und haben eine kurze Wellenlänge. Der Frequenzbereich für 5G in Deutschland liegt zwischen 3,4 und 3,7 GHz und ist damit im so genannten C-Band angesiedelt. Diese hohe Frequenz führt zu einer geringen Reichweite, sodass häufig eine Verstärkung des Signals erfolgen muss. Ein weiterer Frequenzbereich von 5G liegt noch höher, nämlich in einem Spektrum von 26 bis 28 GHz. Solche Funkwellen, die im mm-Wave-Bereich liegen, sind besonders anfällig für Störungen durch Hindernisse wie eben Bäume oder Gebäude oder anderen Objekten am Boden.

Um die Funksignale zu übertragen, gibt es Verfahren, verschiedene Signale zu einem einzelnen fokussierten Signal zusammenzufassen. Dabei handelt es sich um Beamforming oder Massive MIMO, das die Signale mehrerer Antennen an der Basisstation gleichsam eines Schlagscheinwerfers bündelt. Dies soll besserern Empfang und höhere Datenraten ermöglichen. Netze wie mm-Wave-Funknetze basieren auf Beamforming und benötigen ein „freies Sichtfeld“ für die störungsfreie Übertragung.

Deshalb sind exakte Geodaten und hochauflösende Karten bei der Netzplanung so wichtig: Mobilfunkbetreiber benötigen sie, um die Standorte für Basisstationen so zu planen, dass den mmWave-Signalen möglichst keine Hindernisse im Weg stehen.

Auf jeden Fall wird der neue Mobilfunkstandard ein dichteres Netz benötigen, um den Reichweitennachteil aufzufangen. Selbst ohne Hindernisse können mm-Wave-Signale keine weiten Strecken zurücklegen, auch nicht im Freien. Die hochfrequenten Signale lassen häufig schon nach einem Kilometer nach. Konventionelle Frequenzen haben oft eine Reichweite von mehreren Kilometern. Um dies auszugleichen, werden wesentlich mehr Basisstationen nötig sein, als es bei bisherigen Mobilfunknetzen der Fall war. Um diese neue Infrastruktur effizient und kostensparend zu errichten, helfen Netzbetreibern hochpräzise ortsbezogene Daten. Mit diesen Daten und den dazugehörigen HD-Karten können sie strategisch genau planen, wo sie ihre Basisstationen aufstellen, um ein funktionierendes Netz zu errichten.

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1. Präzise Geodaten und KI für 5G
2. Mit KI den größten Nutzen aus Geodaten ziehen

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