Wie ist der Stand des weltweiten 5G-Ausbaus im Jahr 2021?
5G gilt als entscheidende Infrastruktur für Industrie- und Entwicklungsländer. Bis Ende 2021 werden 79 Länder 5G kommerziell eingeführt haben oder Testläufe durchführen. Eine Studie von IDTechEx zeigt, dass das Sub-6-GHz-Band am häufigsten genutzt wird. Dieses Frequenzband kommt in mehr als der Hälfte aller kommerziellen 5G-Netze und -Tests zum Einsatz, während Millimeterwellen (mmWave) nur in einem geringen Prozentsatz verwendet werden. Bislang haben lediglich neun Länder 5G mmWave kommerziell eingeführt. Dies ist jedoch nicht überraschend, da die geringe Reichweite von mmWave die Hauptbeschränkung darstellt. Telekommunikationsunternehmen würden das mmWave-Frequenzband nicht für eine landesweite Abdeckung nutzen. Betrachtet man die Ausbaustrategien der Telekommunikationsbetreiber, so zeigt sich, dass niedrige Frequenzbänder (z. B. 700 MHz) für die nationale Abdeckung, Bänder unter 6 GHz für die städtische Abdeckung und Millimeterwellen für Zugangspunkte in Megastädten genutzt werden.
In ihrem neuesten Marktforschungsbericht zum Thema 5G, „5G-Technologie, Markt und Prognosen 2022–2032“, untersucht IDTechEx die Ausbaustrategien in fünf Schlüsselregionen: den USA, China, Europa, Japan und Südkorea. Für jede Region konzentriert sich IDTechEx auf zwei Aspekte: die Regierungsstrategie und die Strategie der Telekommunikationsbetreiber für den 5G-Ausbau. Die folgenden zwei Abschnitte geben einen Überblick über den aktuellen Stand des Ausbaus in den USA und China.
VEREINIGTE STAATEN:
Regierung: Im Vergleich zu anderen Ländern hat die Federal Communications Commission (FCC) das Millimeterwellenspektrum deutlich früher freigegeben. Erst Anfang dieses Jahres gab die FCC schließlich das Frequenzband unter 6 GHz frei. Der Austausch von Huawei-Ausrüstung hat weiterhin Priorität, und die Regierung fördert kleinere Netzbetreiber dabei. Angesichts des Mangels an dominanten 5G-Ausrüstungsanbietern in den Vereinigten Staaten unterstützt die FCC auch die Entwicklung von Open RAN.
Die Perspektive der Telekommunikationsanbieter: Jeder Anbieter besitzt einen anderen Anteil des 5G-Spektrums (beispielsweise hält Verizon den größten Anteil am Millimeterwellen-Spektrum). Daher unterscheiden sich auch die jeweiligen 5G-Ausbaustrategien. Verizon hat beispielsweise erhebliche Investitionen in den Millimeterwellen-Ausbau getätigt, während T-Mobile den Ausbau im niedrigen und mittleren Frequenzband priorisiert hat. T-Mobile verfügt derzeit dank der Übernahme von Sprint über die größte Abdeckung im mittleren Frequenzband (2,5 GHz). Nach der Auktion des C-Bands (Frequenz unter 6 GHz) Anfang des Jahres kündigten sowohl AT&T als auch Verizon Pläne an, den mittleren Frequenzbereich noch in diesem Jahr einzuführen und bis 2022 100 Millionen Menschen zu erreichen.
China:
Die chinesische Regierung treibt die Entwicklung von 5G im Inland mit Nachdruck voran. Das Ministerium für Industrie und Informationstechnologie der Volksrepublik China (MIIT) veröffentlichte im April 2021 einen Aktionsplan zur 5G-Anwendungsnavigation (2021–2023), der einen Fahrplan zur Förderung von 5G-Anwendungen skizziert. Drei zentrale Leistungsindikatoren (KPIs) wurden definiert: Steigerung der 5G-Nutzerdurchdringung auf über 40 %, Erhöhung des 5G-Netzzugriffsverkehrs auf über 50 % und Steigerung der 5G-Durchdringung in Großunternehmen auf über 35 %. Das MIIT hat noch kein Millimeterwellenspektrum freigegeben, dies wird jedoch in Kürze erwartet, da China die Olympischen Winterspiele 2022 als Testfeld für den Einsatz von Millimeterwellen nutzen will.
Aus Sicht der Telekommunikationsbetreiber: Ein in China zu beobachtender Trend ist die Zusammenarbeit der Betreiber beim Aufbau gemeinsamer Netzwerkinfrastruktur. Ein Beispiel: Bis Mai 2021 werden China Telecom und China Unicom gemeinsam 460.000 5G-Basisstationen errichten.
Was ist der aktuelle wichtigste technische Entwicklungstrend bei 5G?
Obwohl 5G bereits kommerziell verfügbar ist, befinden sich viele technische Entwicklungen noch im Gange. In diesem Artikel analysiert IDTechEx die vier wichtigsten Punkte:
Das Rennen um ein leichteres Sub-6-GHz-Massive-MIMO-Funkgerät:
Ein entscheidender Faktor für den Aufbau eines großflächigen 5G-Netzes mit Massive-MIMO-Technologie ist das geringe Gewicht und die kompakte Bauweise des Funkgeräts. Diese Eigenschaften helfen Betreibern, die Kosten des gesamten Ausbaus erheblich zu senken. Hier kommt Silizium ins Spiel. Die Leistungsfähigkeit von Silizium hat einen enormen Einfluss auf wesentliche Aspekte eines Funkgeräts, wie Konnektivität, Kapazität, Stromverbrauch, Größe und Gewicht und letztendlich die Kosten. Im 5G-Bereich sind all diese Aspekte von entscheidender Bedeutung.
Einsatz von Kleinzellen:
Kleinzellen sollen die Herausforderung der geringen Reichweite von Signalen aufgrund hoher Frequenzen bewältigen. Der Aufbau eines ultradichten Netzes durch den Einsatz von mehr Kleinzellen spielt eine grundlegende Rolle für 5G, da sie das Makronetz ergänzen und somit die Datenkapazität erhöhen. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz von Kleinzellen die Nutzung von 5G in verschiedenen Branchen und fördert die digitale Transformation (weitere Informationen dazu, wie Kleinzellen vernetzte Industrien ermöglichen, finden Sie in diesem aktuellen Artikel von IDTechEx). Kleinzellen lassen sich anhand ihrer Sendeleistung in drei Typen einteilen: Femtozellen, Picozellen und Mikrozellen. Aufgrund ihrer geringeren Größe im Vergleich zu Makro-Basisstationen unterscheiden sich die Materialwahl und die allgemeinen technologischen Trends von denen ihrer Pendants in der Makroinfrastruktur.
Open RAN-Entwicklung:
Open RAN ist ein alternatives Netzwerk zum herkömmlichen RAN, das die nahtlose Zusammenarbeit interoperabler Komponenten (Hardware und Software) verschiedener Hersteller ermöglicht. Ziel ist es, die proprietäre Natur des Funkzugangsnetzes (RAN) aufzuheben, die Lieferkette für Telekommunikationsanbieter zu diversifizieren, Innovationen weiter zu fördern und die Anfangs- und Betriebskosten des RAN-Ausbaus zu senken. Die Open RAN-Entwicklung befand sich 2021 noch in einem frühen Stadium, und nur wenige Telekommunikationsbetreiber setzten das 5G Open RAN-Netzwerk in kleinem Umfang ein. Viele Herausforderungen müssen noch bewältigt werden, bevor die Technologie von der Mehrheit der Telekommunikationsbetreiber übernommen wird.
Millimeterwellenentwicklung:
IDTechEx geht davon aus, dass der Markt für Millimeterwellen noch einige Jahre brauchen wird, um sich durchzusetzen (eine detailliertere Analyse finden Sie in diesem aktuellen IDTechEx-Artikel). Millimeterwellengeräte benötigen beispielsweise verlustarme Materialien mit niedrigen Dielektrizitätskonstanten und geringen Übertragungsverlusten sowie verbesserte Gehäuseverfahren, um übermäßige Übertragungsverluste zu vermeiden. Aufgrund der kurzen Wellenlänge der Millimeterwellenkommunikation werden die Geräte kleiner und stärker integriert, was ein optimiertes Energie- und Wärmemanagement erfordert.
Ausblick für 2022 und darüber hinaus?
Der 5G-Markt steht kurz vor dem Durchbruch. Laut IDTechEx werden mobile Verbraucherdienste bis Ende 2032 voraussichtlich 800 Milliarden US-Dollar Umsatz generieren, und die Märkte für 5G-Makroinfrastruktur sollen siebenmal schneller wachsen als 2020. Weitere wichtige Punkte sind:
- Für viele Jahre werden Frequenzen unter 6 GHz die wichtigsten für den Einsatz sein, während Millimeterwellen weitere technologische Fortschritte sowie eine "Killer-Anwendung" erfordern, um Marktanteile zu gewinnen, was Jahre dauern wird.
Die Beziehungen zwischen den Vereinigten Staaten und China sowie die Entwicklung des offenen RAN werden die Dynamik der Akteure im 5G-System beeinflussen.
- Der Si ist für den Fortschritt von 5G von grundlegender Bedeutung, da seine Leistung einen erheblichen Einfluss auf Verbindungsgeschwindigkeit, Kapazität, Stromverbrauch, Produktgröße und -gewicht und letztendlich auf die Kosten eines 5G-Systems hat.
Kleine Zellen werden eine Schlüsselrolle dabei spielen, 5G in der industriellen Umgebung als Ersatz für kabelgebundene Verbindungen zu ermöglichen.
Der Trend in der Millimeterwellenforschung und -entwicklung konzentriert sich auf verlustarme Materialien, Energie- und Wärmemanagement sowie fortschrittliche Gehäusetechnologien.
