Millimeterwellen-FWA gewinnt an Boden, da Verizon ein neues Gerät vorstellt

Oct 31, 2023

Langsam aber sicher hält die Millimeterwelle in bestimmten Regionen Einzug in FWA-Dienste (Fixed Wireless Access), angetrieben durch Fortschritte sowohl in der Übertragungs- als auch in der CPE-Technologie, wodurch diese Option für Betreiber in einer wachsenden Zahl von Einsatzszenarien kosteneffektiv wird.

Zu den jüngsten Entwicklungen gehörte die Einführung des neuesten 5G-FWA-CPE von Verizon auf dem Mobile World Congress in Las Vegas, das mmWave, Midrange und 4G umfasst und für Betreiber konzipiert ist, um verschiedene Konnektivitätsoptionen kostengünstig für einen robusten FWA-Dienst zu kombinieren, der in der Lage ist, transparent zwischen den drei Bändern zu wechseln.

Dieser sogenannte Verizon Receiver basiert auf der neuesten Qualcomm 5G Fixed Wireless Access Platform und kann mit dem Router des Betreibers kombiniert werden, um einen WiFi-basierten Breitbandzugang im Haus bereitzustellen, genau wie ein herkömmlicher Festnetzdienst über Glasfaser, Kabel oder Telekommunikations-DSL.

Verizon sieht, wie eine wachsende Zahl von Mobilfunknetzbetreibern, FWA als die wahrscheinlichste erste erhebliche Einnahmequelle aus mmWave und nicht die dichten städtischen Umgebungen, für die es ursprünglich vorgeschlagen wurde. In diesem dichten Szenario wurde der bei höheren Frequenzen verfügbare größere Spektralbereich als wesentlich für die Deckung des wachsenden Kapazitätsbedarfs bei hohen Nutzerkonzentrationen angesehen. Das mag durchaus der Fall sein, aber derzeit stellen die meisten Mobilfunknetzbetreiber fest, dass die Mittelfrequenzfrequenzen über genügend Kapazität verfügen und gleichzeitig die Nachfrage nach einer mit bestehenden 4G-Diensten vergleichbaren Abdeckung decken.

Verizon hatte FWA von Anfang an als wahrscheinliche Einnahmequelle aus mmWave-Bereitstellungen im Auge, baute sein Geschäftsmodell jedoch ursprünglich auf spezifische Anwendungsfälle und dichte städtische Umgebungen auf. Das Unternehmen investierte in drei aufeinanderfolgenden mmWave-Auktionen bis 2020 weit über 1 Milliarde US-Dollar in mmWave und übertraf damit deutlich die Ausgaben seiner beiden Hauptkonkurrenten AT&T und T Mobile.

Verizon ging mit einer Reihe von Akquisitionen noch einen Schritt weiter und brachte neben anderen Vermögenswerten auch das mmWave-Spektrum ein, darunter Straight Path, XO Communications und Nextlink.

Für seine Konkurrenten galt mmWave zu diesem Zeitpunkt lediglich als schneller Einstieg in 5G, um eine Grundlage für die spätere Konsolidierung im Mittelbandspektrum zu schaffen. Für Verizon sollte es jedoch die Hauptstütze seiner 5G-Dienstplattform sein, wobei das Mittelband- und das Niedrigbandspektrum Abdeckungslücken schließen sollten.

Verizon hatte die Herausforderung unterschätzt, Hindernisse im Signalweg zu überwinden, insbesondere Bäume und Gebäude in dicht besiedelten städtischen Umgebungen. Die Abdeckung erwies sich für die ersten Nutzer der mmWave-Dienste als enttäuschend, da ihre Smartphones die meiste Zeit auf niedrigere Frequenzen zurückfielen, selbst wenn sie sich recht nahe an einer mmWave-Basisstation befanden. Verschiedene Tests zeigten, dass die mmWave-Abdeckung in vielen recht typischen dichten städtischen Umgebungen nur etwa 500 Fuß (150 Meter) reichte.

Im Gegensatz dazu übertraf die mmWave-Abdeckung in einigen FWA-Versuchen in ländlichen Umgebungen die Erwartungen, insbesondere in relativ flachem und offenem Gelände ohne viele Bäume. Tatsächlich war es der fünfte MNO der USA, US Cellular mit Hauptsitz in Chicago, der im Mai 2021 eine anhaltende durchschnittliche Downlink-Geschwindigkeit von 1 Gbit/s und Spitzenwerte von rund 2 Gbit/s über eine Entfernung von 7 Kilometern vorwies. Dies wurde durch eine erweiterte Reichweitenfunktionalität erreicht, die dem fortschrittlichen Antennensystem AIR 5322 von Ericsson hinzugefügt wurde, kombiniert mit einem Inseego Wavemake 5G Outdoor CPE FW2010, das auf der 5G FWA-Plattform von Qualcomm basiert, einschließlich des Snapdragon X55 5G-Modem-RF-Systems und des QTM527 mmWave-Antennenmoduls.

Diese Reichweite und Geschwindigkeit konnte nur mit Sichtlinie (LOS) erreicht werden. Fast noch bedeutsamer war die zusätzliche Erkenntnis, dass bei 1,75 km ohne Sichtlinie dauerhafte Durchschnittsgeschwindigkeiten von etwa 730 Mbit/s in der Abfahrt und 38 Mbit/s in der Höhe erreicht werden konnten, vorausgesetzt, das Gelände war nicht zu hügelig oder mit Hindernissen übersät. Dies lieferte eine realistische Schätzung des Potenzials von mmWave für kommerzielle ländliche FWA-Dienste.

Die weitaus größere Reichweite von mmWave in weniger dichten Umgebungen spiegelt den Fortschritt der Strahlformung wider, der die Leistung in schmalen Kanälen konzentrieren kann, um die Signalverschlechterung durch die Luft zu mildern, die bei höheren Frequenzen tendenziell größer ist. FWA lässt sich gut mit Beamforming kombinieren, da sowohl Sende- als auch Empfangsgeräte fest installiert sind und so die Möglichkeit einer kontinuierlichen Neuausrichtung in Echtzeit bieten, um die Signalübertragung zu optimieren.

Studien wie der von US Cellular ergaben, dass mmWave zumindest ein ernsthafter Konkurrent für FWA war. Sie stellten sich jedoch immer noch die Frage, wie kosteneffektiv mmWave im Vergleich zu drahtgebundenen Alternativen in verschiedenen Szenarien sein würde.

Dies veranlasste die GSA, eine umfassende Studie durchzuführen, in der die Gesamtbetriebskosten (TCO) von mmWave mit den drei wichtigsten drahtgebundenen Optionen in verschiedenen Regionen und unter unterschiedlichen Annahmen für den Einsatz der zugrunde liegenden Glasfaser verglichen wurden.

Alle drei Optionen verfügen zumindest für den Backhaul über eine Glasfaserinfrastruktur, unterscheiden sich jedoch in der letzten Meile. Eines ist Glasfaser bis ins Haus (FTTH), das zweite G. Fast oder VDSL auf Kupferbasis, wie es von Telekommunikationsunternehmen eingesetzt wird, und das dritte Hybrid-Glasfaser-Koaxialkabel (HFC) von Kabelbetreibern. Diese wurden mit einem 5G-FWA-Netzwerk über bestehender 5G-Infrastruktur verglichen, das hauptsächlich von mmWave mit begrenztem verfügbaren Spektrum unter 6 GHz bedient wird.

Das wichtigste Ergebnis war, dass in kleineren ländlichen Städten ein 5G-mmWave-FWA-Netzwerk die kostengünstigste Option für die Bereitstellung zukunftssicherer Breitbanddienste der nächsten Generation in Situationen ist, in denen Glasfaserkabel nicht über die vorhandene physische Infrastruktur eingesetzt werden können, die gemietet oder gemietet werden kann geteilt. Eine solche Infrastruktur umfasst entweder unterirdische Leitungen oder Errichtungen wie oberirdische Masten für die Verlegung von Glasfaserkabeln zu Kundenstandorten.

In diesem Szenario hätte ein 5G-mmWave-FWA-Netzwerk laut der Studie durchschnittlich 55 % weniger Gesamtbetriebskosten in Europa, 45 % weniger in den USA und 65 % weniger in Lateinamerika.

Die Situation kehrt sich um, wenn Glasfaser in Luft- oder Untergrundinfrastruktur eingesetzt werden kann, die gemeinsam genutzt oder gemietet werden kann, wodurch die Kosten für FTTH gesenkt werden, das dann in ländlichen Städten für die Bereitstellung von Hochgeschwindigkeitsbreitband kostengünstiger sein kann als 5G mmWave. Aber selbst in diesen Fällen hat 5G mmWave einen First-Mover-Vorteil, da es schneller als FTTH bereitgestellt und dann leichter skaliert werden kann.

In der Studie heißt es: „Die schnellere Markteinführung von 5G FWA bedeutet, dass Betreiber vor der Einführung von FTTH verbesserte Breitbanddienste in unterversorgten Gebieten bereitstellen können, was potenzielle Abonnenten anspricht, die sich eine Verbesserung der Netzwerkleistung wünschen. 5G FWA ist auch eine flexible Lösung für Mobilfunkbetreiber.“ Mit einer vorhandenen Infrastrukturbasis können 5G-FWA-Dienste entsprechend dem Datenverkehrswachstum skaliert werden, indem Bandbreite und Ausrüstung zur vorhandenen Infrastruktur hinzugefügt werden.“

In der GSA-Studie werden auch andere Faktoren herausgefunden, beispielsweise das Potenzial von Hochleistungs-CPE für den Innenbereich, die Entscheidung zugunsten von mmWave für FWA zu verschieben, indem eine Kundeninstallation ohne den Besuch eines Technikers ermöglicht wird. Outdoor-CPE ermöglicht tendenziell einen besseren Empfang, erfordert jedoch die Installation einer LKW-Rolle, während Benutzer ihr eigenes CPE für den Innenbereich bereitstellen können.

Die GSA schlägt dann vor, dass in manchen Fällen ein Hybridansatz am kostengünstigsten sein könnte, der den Teilnehmern, die weit entfernt von Basisstationen sind, Außenantennen und Indoor-CPE für den Rest, der näher dran ist, zur Verfügung stellt.

Die Studie deutet auch darauf hin, dass es in einigen Fällen zu einer Unschärfe zwischen FWA und normalem Mobilfunkdienst kommt. Dies spiegelt sich bereits im Design einiger CPE und im Ansatz einiger Betreiber wider.

Beispiele für ein solches CPE sind unter anderem die im April 2022 eingeführten und vom australischen Unternehmen Telstra vertriebenen mobilen Router Netgear Nighthawk M6 und M6 Pro. Die beiden unterscheiden sich vor allem dadurch, dass zwar beide WLAN für den Zugriff auf Dienste über 5G unterstützen, jedoch nur die Pro-Version das neueste WiFi 6E bis ins 6-GHz-Band unterstützt. Die Geräte wurden in den USA von AT&T für mobile oder feste WLAN-Hotspots eingesetzt. Tatsächlich argumentiert Netgear, dass die Geräte „hybride und ferngesteuerte Arbeitslebensweisen“ fördern.

Telstra scheint am meisten an der Möglichkeit interessiert zu sein, Privathaushalten Breitband in einem flexiblen Paket anzubieten. Das Unternehmen hat mit der NR-DC-Software von Ericsson mit Downlink-Achtkomponenten-Carrier-Aggregation (DL 8CC CA) einen Geschwindigkeitsrekord aufgestellt, um acht zusammenhängende 100-MHz-mmWave-Träger mit einem einzigen 100-MHz-Mittelbandspektrum zu kombinieren und so 5,9 Gbit/s im Downlink zu erreichen.

Ein Vorbehalt könnte sein, dass mobilen Routern nicht die gleichen Möglichkeiten zur Optimierung der mmWave-Signalübertragung für FWA über größere Entfernungen fehlen. Es besteht jedoch kein Zweifel an der potenziellen Attraktivität von mmWave in abgelegeneren Umgebungen für Anwendungen wie Spiele, die hohe Bitraten und niedrige Latenzen erfordern. Es bietet auch einen vielversprechenden Weg zur Monetarisierung für Betreiber wie Verizon, deren anfängliche Hoffnungen auf eine Rendite großer Investitionen in das mmWave-Spektrum zumindest vorerst an der schlechten Abdeckung gescheitert zu sein schienen. Verizon hat die Werbung für seinen mmWave-Mobilitätsdienst zurückgefahren, verstärkt jedoch seine Bemühungen im Hinblick auf FWA.