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Makrozelle vs. Kleinzelle vs. Femtozelle: Eine 5G-Einführung

Kleinzellen werden neue, hohe Geschwindigkeiten für 5G-Netzwerke und 5G-Geräte bereitstellen. Aber Makrozellen und Femtozellen sind ebenfalls entscheidend für 5G-Netze.

Die Kleinzellentechnologie wurde als eine wichtige neue Entwicklung für 5G-Netzwerke angepriesen, aber Small Cells sind nicht die einzigen Basisstationen, die 5G-Konnektivität bieten werden.

5G-Netzwerke werden auch Makrozellen, wie zum Beispiel Mobilfunkmasten, für die Konnektivität nutzen. Diese größeren Basisstationen ermöglichen niedrigere 5G-Frequenzen im Vergleich zu den hochfrequenten Millimeterwellen (mm-Wellen) der Kleinzellen. Die Netzbetreiber werden auch 5G-Femtozellen für eine bessere Mobilfunkabdeckung in Bürogebäuden und Farbriken bereitstellen.

Die Unterschiede zwischen Makrozellen, Kleinzellen und Femtozellen sind in Bezug auf Größe, Abdeckung und Kosten offensichtlich, aber die endgültigen Pläne für die 5G-Gesamtabdeckung sind noch ungewiss, so Michael Finneran, Hauptanalyst und Berater bei dBrn Associates Inc. einem Wireless-Beratungsunternehmen mit Sitz in Hewlett Neck, New York.

„Das Gesamtbild dessen, womit wir es zu tun haben, ändert sich, während der Einsatz von Small Cells im Gange ist. Wir haben aber noch keine wirklich überzeugende Geschichte gehört, wie genau sich kleine Zellen in diesen Plan einfügen werden“, so Finneran.

Definition von Makrozelle, Kleinzelle und Femtozelle

Makrozelle oder Macro Cell: Eine Makrozelle ist eine Mobilfunkbasisstation, die Funksignale über große Masten und Antennen sendet und empfängt. Insbesondere Mobilfunkmasten können zwischen 15 und 60 Metern hoch sein und bieten Mobilfunkabdeckung über mehrere Kilometer. Ende 2019 waren laut Bundesnetzagentur (PDF, Seite 61) in Deutschland 81.282 Antennenstandorte in Betrieb. Die Funkanlagen und Kleinzellen in Ihrer Umgebung können Sie hier in der interaktiven Karte der Bundesnetzagentur einsehen.

Kleinzelle oder Small Cell: Eine Small Cell ist eine andere Art von Mobilfunkbasisstation, die physisch klein ist, etwa so groß wie ein Pizzakarton, und Funksignale überträgt. Das Ziel von Kleinzellen ist es, die drahtlose Netzwerkkonnektivität in bestimmten Gebieten zu erhöhen, da sie mm-Wellenfrequenzen mit Hochgeschwindigkeits-Breitbandkonnektivität ermöglichen können.

Femtozelle oder Femto Cell: Eine Femtozelle ist ein drahtloser Zugangspunkt, der zur Verbesserung der Mobilfunkkonnektivität in Innenräumen verwendet wird. Im Gegensatz zu anderen Mobilfunkoptionen stellen Femtozellen eine Rückverbindung über das Internet her, um eine Mobilfunkverbindung im Haus oder Büro zu ermöglichen. Femtozellen sehen aus und funktionieren wie Router, und Benutzer können Femtozellen in der Nähe ihrer aktuellen Netzwerkhardware platzieren.

Makrozellen- vs. Kleinzellentechnologie

Obwohl sowohl Makrozellen als auch Kleinzellen 5G-Konnektivität bereitstellen, unterscheiden sich die Signalausbreitung und die Möglichkeiten der Gebäudedurchdringung erheblich. Die Signalausbreitung, der Abdeckungsradius, ist der Hauptunterschied zwischen Makrozellen und kleinen Zellen: Makrozellen bieten eine Niederfrequenzabdeckung über mehrere Kilometer, während Kleinzellen eine Hochfrequenzabdeckung über etwa 100 Meter ermöglichen.

Die Gebäudedurchdringung bezieht sich darauf, wie gut die Konnektivität in Innenräumen funktioniert. Niedrigere Frequenzen von Makrozellen reichen weit, und Wände, Fenster oder andere physische Barrieren blockieren die Signale nicht. Auf der anderen Seite hat die Small-Cell-Technologie Sichtlinienbeschränkungen, was bedeutet, dass physische Barrieren das Signal blockieren können, so dass es nicht mehrere Räume in einem Gebäude erreichen kann.

„Die Art und Weise, wie wir Funksignale in einem Mobilfunknetz verteilen, umfasst [verschiedene] Teile, aber traditionell basierte es auf dem Konzept einer großen Zelle. Kleine Zellen entstanden durch zwei große Dinge: 5G und die Verfügbarkeit von sehr hochfrequenten Kanälen mit der Technologie, diese zu nutzen“, so Finneran.

Makrozellen bieten eine Nieder-frequenzabdeckung über mehrere Kilometer, während Kleinzellen eine Hoch-frequenzabdeckung über etwa 100 Meter ermöglichen.

Ein weiterer Unterschied zwischen Makrozellen und kleinen Zellen sind die Kosten. Makrozellen kosten traditionell rund 200.000 US-Dollar für die Einrichtung, während kleine Zellen weniger als 10.000 US-Dollar kosten, so Finneran. Selbst wenn Netzbetreiber die zehnfache Anzahl an Kleinzellen im Vergleich zu Makrozellen einsetzen, werden die Kosten für Kleinzellen immer noch deutlich geringer sein als die Kosten für den Einsatz kompletter Makrozellen. Die Netzbetreiber können auch bestehende Makrozellen auf 5G aktualisieren, obwohl dieser Übergang Jahre dauern wird, so Finneran.

Kleinzellen- vs. Femtozellen-Technologie

Femto-, Piko- und Mikrozellen werden aufgrund ihrer geringeren Größe und begrenzten Reichweite oft als Typen von Kleinzellen betrachtet. Finneran hält diese Kategorisierung aber für nicht korrekt. Pikozellen und Mikrozellen würden häufig in Flugzeugen, Hotels und Einkaufszentren eingesetzt, aber sie hätten keine einheitlichen Definitionen in der gesamten Mobilfunkbranche – obwohl Mikrozelle wahrscheinlich ein früherer Begriff für Small Cells sei. Femtozellen sind jedoch den Kleinzellen vorausgegangen und bilden aufgrund von zwei wesentlichen Unterschieden einen eigenen Markt.

„Ein [Unterschied] ist, wie sie sich mit dem Netzwerk verbinden. Eine Small Cell nimmt über eine Art von dediziertem Link Verbindung auf, der Typ wird noch ausgehandelt. Eine Femtozelle verbindet sich zurück mit dem Internet, sie teilt also mein Breitband“, sagt Finneran. „Der zweite Unterschied ist, dass eine Femtozelle privat ist, während eine Small Cell ein öffentliches Netzwerk repräsentiert. Jeder kann sich in eine Kleinzelle einklinken.“

Femtozellen sind auch kleiner als Small Cells – etwa so groß wie ein Taschenbuch, wenn nicht kleiner, erklärt Finneran – und haben nicht die Sichtlinieneinschränkungen, die Kleinzellen aufweisen. Wenn ein Nutzer eine Femtozelle an einem zentralen Ort in seinem Haus oder Büro platziert, sollte diese Person eine ausreichende Abdeckung erhalten. Da Femtozellen außerdem privat sind, können sich nur die Geräte der Person mit der Femtozelle verbinden, während sich jeder in Kleinzellen einklinken kann.

Ähnlich wie Router im Aussehen und in den Funktionen, sind Femtozellen auch in Bezug auf die Kosten wie Router. Femtozellen kosten um die 100 Euro und können die Innenraumabdeckung an Orten verbessern, die zu klein sind, um die Investition für ein vollständiges digitales Antennensystem zu rechtfertigen, so Finneran.

Die Anwendungsfälle von Klein- und Femtozellen unterscheiden sich ebenfalls. Zum Beispiel sind Femtozellen vergleichbar mit WLAN-Routern, während Kleinzellen vergleichbar mit WLAN-Hotspots sind. Das bedeutet, dass Kleinzellen die Mobilfunkabdeckung in Bereichen verbessern können, in denen sich Menschen versammeln, etwa in Stadien wie ein WLAN-Hotspot für Internetverbindungen.

Erwartungen an die Small-Cell-Technologie

Während die wesentlichen Unterschiede zwischen Makrozellen und Kleinzellen beziehungsweise Femtozellen bereits bekannt sind, befindet sich die 5G-Kleinzellentechnologie noch im Anfangsstadium. Daher ist es unklar, wie die Small-Cell-Technologie in der Praxis funktionieren wird. Finneran meint, dass er beim ersten Einsatz von Millimeterwellen kuriose Probleme erwartet, da dieser Teil des Spektrums sowohl für den Verbraucher- als auch für den Unternehmensmarkt neu ist. Aufgrund der Sichtlinienbeschränkungen und der mangelnden Fähigkeit, große Entfernungen zu überwinden, wird die mm-Welle sowohl für Netzbetreiber als auch für Anwender eine große Umstellung bedeuten.

Backhaul ist ebenfalls ein wichtiges Thema bei der Small-Cell-Technologie, und die Betreiber müssen noch eine effektive Lösung für dieses Problem entwickeln, so Finneran. Dieses Thema ist vor allem dann relevant, wenn Netzbetreiber planen, Kleinzellen auf Objekten wie Laternenpfählen zu platzieren, die durch elektrischen Strom und nicht durch die für Small Cells erforderlichen Glasfaserverbindungen versorgt werden.

Während Kleinzellen anscheinend vorteilhafte Hotspots für Orte wie Stadien oder Veranstaltungszentren im Freien sind, haben die Netzbetreiber noch keine soliden Pläne für ihren großflächigen Einsatz vorgestellt. Doch trotz der Unzulänglichkeiten und Unbekannten bleiben Kleinzellen kritische Facetten in den 5G-Plänen.

„Im Grunde genommen sind Kleinzellen ein wachsender, wichtiger Teil davon, wie sie 5G einsetzen wollen. Man muss sich darüber im Klaren sein, dass es technische Einschränkungen gibt“, so Finneran.

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