Welchen tatsächlichen Spektrumsbedarf hat der Mobilfunk? Berechnetes und tatsächlich genutztes Spektrum

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1 Welchen tatsächlichen Spektrumsbedarf hat der Mobilfunk? Nachfolgend wird in Kurzform und mit Ergänzungen eine Präsentation der LS telcom vorgestellt, die diese auf der CEPT-CPG-Konferenz 1 in Marseille am 25. September 2014 gegeben hat. Das Beratungsunternehmen LS telcom wird von Regulierern in der Sachfrage Funkspektrumsnutzung oft nachgefragt, um den tatsächlichen Spektrumsbedarf der Mobilfunkunternehmen zu ermitteln. Die Frage des Mobilfunkwachstums stellt sich insbesondere vor dem Hintergrund der Vorbereitungen zur World Radio Conference (WRC) Bislang basieren alle Berechnungen zum Spektrumsbedarf des Mobilfunks auf den Modellen der ITU-R 2 (ausgehend von M ) 3. Berechnetes und tatsächlich genutztes Spektrum Bei ihren Untersuchungen stellte die LS telcom fest, dass die Methodik der Berechnung nachvollziehbar ist. Allerdings kommt es zu erheblichen Ergebnisabweichungen, wenn praxisfremde Annahmen in die Formeln eingesetzt werden; Man erhält teilweise Daten die barer Unsinn sind (Beispiel: gesamter Spektrumsbedarf von 240 MHz im Jahr 2020). Andere Organisationen stellten bereits ähnliche Inkonsistenzen fest (TMF Associates/USA 4, EBU 5, ESOA 6 ). Der vorliegende ITU-R-Report M.2290 präsentiert die Wachstumsprognose für den Gesamtbereich mobiler Anwendungen (alle drahtlosen Übertragungssysteme einschließlich WLAN) bis 2020 und ermittelt daraus den Spektrumsbedarf für den Mobilfunk. Aus diesem Modell wird für das Jahr 2020 für den Mobilfunk ein Spektrumsbedarf von MHz (niedriger Planungsansatz) und MHz (hoher Planungsansatz) prognostiziert. Das gleiche Planungsmodell hat für den Spektrumsbedarf des Mobilfunks für das Jahr 2010 zwischen 760 und 840 MHz ermittelt. In der Realität war allerdings nur rund die Hälfte dieses Spektrums verfügbar und hat eine größere Datenmenge übertragen als das Planungsmodell vorhergesagt hat wie zuvor angemerkt durch praxisfremde Eingabeparameter! 1 CEPT-CPG: Conference Preparatory Group (CPG) der Europäischen Konferenz der Verwaltungen für Post und Telekommunikation (CEPT) 2 ITU-R: ITU Radiocommunications Sector, Funk-Abteilung der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) 3 ITU-Methode zur Bestimmung des Spektrumsbedarfs für den Mobilfunk 4 TMF Associates: US-amerikanisches Beratungsunternehmen 5 EBU: European Broadcasting Union, Europäische Fernmeldeunion 6 ESOA: EMEA Satellite Operator's Association, Vereinigung der Satellitenbetreiber in der Region Europa, Naher Osten und Afrika

2 Die folgende Grafik zeigt das tatsächlich verfügbare Spektrum für den Mobilfunk in den drei ITU-Regionen an: Errechnete Anzahl der Nutzer und Datenübertragungsrate Woher kommen diese großen Differenzen zwischen der Vorhersage und den tatsächlichen Werten? In der Rechnung der ITU 7 ist die Bevölkerungsdichte in einigen Bereichen mit städtischer Bebauung mit über Menschen pro Quadratkilometer angenommen. Nach Wikipedia ist die höchste Bevölkerungsdichte mit Einwohnern pro Quadratkilometer in Monaco gegeben. Die nachfolgenden Bilder zeigen einen Vergleich der ITU-Vorhersagen mit der tatsächlichen städtischen und ländlichen Bevölkerung Frankreichs. Ergebnis: die ITU-Rechnung für ländliche Gebiete ist um den Faktor 60 größer und der für die städtischen Gebiete um den Faktor ITU: International Telecommunication Union, Internationale Fernmeldeunion

3 Die folgenden beiden Grafiken zeigen den auf den obigen Angaben basierenden Datenverkehr, tatsächlich und errechnet: Vergleicht man den städtischen Datenverkehr pro Person aus den Daten des UMTS- Forums mit den ITU Daten, so ergibt sich, dass die ITU um den Faktor 37 zu hoch liegt (Bild auf der linken Seite). Wird der monatliche Datenverkehr pro Quadratkilometer des UMTS-Forums mit dem der ITU verglichen, so ergibt sich ein Unterschied mit einem Faktor größer als Ergebnis: Alle auf den Datenverkehr bezogenen Werte der ITU übertreffen jegliche Prognose, die von anderen Quellen angegeben wurde.

4 Die obige Darstellung zeigt den nach dem ITU-Modell ermittelten Datenverkehr in Petabyte (PB) 8 pro Monat und Quadratkilometer im Vergleich zu Bewertungen aus der realen Welt. SE1 bis SE6 steht dabei für die Intensität des Datenverkehrs: SE1 dichter städtischer Heimgebrauch, SE2 dichter städtischer Bürogebrauch, SE3 dichter städtischer Gebrauch in öffentlichen Bereichen, SE4 Heimgebrauch in Vororten, SE5 Vorort-Heim- und öffentlicher Gebrauch, SE6 ländlicher Gebrauch für Heim, Büro und öffentliche Bereiche. Rechts daneben die Daten aus der realen Welt: USA, Japan, Russland, Brasilien. Ergebnis: Der nach den ITU-Daten ermittelte ländliche Datenverkehr ist höher als der reale Datenverkehr in dichter städtischer Nutzung. Weitere Parameter des ITU Rechenmodells Andere angenommene Werte mögen ebenfalls unrealistisch sein, wie z.b. die Spektrumseffizienz. Das Modell unterscheidet nicht zwischen den verschiedenen Arten der Spektrumsnutzung: Es geht davon aus, dass der mobile Datenverkehr überall in der gleichen Art und Weise abgewickelt wird. Tatsächlich werden aber für unterschiedliche Anwendungen unterschiedliche Frequenzbänder genutzt; z.b. für WLAN (WiFi) 2400 bis 2485 MHz, 5150 bis 5350 MHz und 5470 bis 5725 MHz Petabyte = 1024 Terabyte = Gigabyte 9 Weltweit werden derzeit unterschiedliche Frequenzbänder genutzt: Nordamerika: Hauptsächlich 700 MHz und 1700/2100 MHz; sowie 1900 MHz Südamerika: 1700 MHz (Band 4), 1800 MHz, 1900 MHz, 2600 MHz

5 Das Modell unterscheidet auch nicht zwischen dem Spektrumsbedarf unter oder über 1 GHz. Beispiel: Die LTE-Bereiche variieren derzeit regional von ca. 700 bis 2600 MHz und haben bei unterschiedlichen Frequenzen höchst unterschiedliche Zellengrößen. Hier besteht Verbesserungsbedarf, damit die Modellberechnung verlässliche Daten liefert. Harmonisierung der Spektrumsnutzung Nicht alle Spektrumsbereiche, die dem Mobilfunk zugesprochen (versteigert) wurden, sind auch für diesen tatsächlich lizensiert. Die Situation stellt sich noch schlimmer dar, wenn man die Frequenzbereiche hinzunimmt, die von ihm genutzt werden könnten 10. Verglichen mit der ITU Vorhersage sind weniger als 50% des verfügbaren Spektrums lizensiert. In den meisten Regionen sind mindestens 30% des dem Mobilfunk zugewiesen Spektrums noch nicht für diesen lizensiert. Vom gesamten potentiell verfügbaren Spektrum sind weniger als 50% lizensiert. Daher muss auch beobachtet werden, ob zugewiesenes Spektrum überhaupt genutzt wird. Osteuropa: 800 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 2300 MHz und 2600 MHz Asia-Pazifik: 850 MHz, 1500 MHz, 1800 MHz, 2100 MHz, 2300 MHz, 2500 MHz Westeuropa, Mittlerer Osten und Afrika: 800 MHz, 900 MHz, 1800 MHz und 2600 MHz Quelle:

6 Eine Umfrage ersuchte die Regulierer, festzustellen: - welche Bänder in ihrem Land lizensiert sind, - wie viele Lizenzen in diesen Bändern vergeben wurden, - wie viel dieser vergebenen Lizenzen tatsächlich aktiv genutzt werden. Diese relativ einfachen Fragen liefern beachtliche Informationen über die tatsächliche Spektrumsverwendung: Ergebnis: Die Mobilfunker nutzen bislang nicht das gesamte ihnen zur Verfügung stehende Spektrum. Speziell die Nutzung des für TDD 11 freigegebenen Spektrums ist sehr gering. Spektrale Effizienz Die überwiegende Mehrheit der Datenkommunikation wird über die seit zwei Jahrzehnten existierende Technologie GSM/UMTS abgewickelt. Die Technologie ist abgeschrieben, verdient aber Geld, und ist ineffizient verglichen zu heutigen Standards wie LTE 12 oder LTE Advanced. Würde man LTE Advanced anstatt von UMTS verwenden, könnte man den Datenverkehr in diesen Frequenzbereichen mindestens um den Faktor 2,4 erhöhen, ohne zusätzliches Spektrum zu benötigen. Die 5G-Technologie, die bereits für 2020 angekündigt wird, soll die Übertragungskapazitäten auf ein wesentlich höheres Niveau bringen: um den Faktor höher im Vergleich zu heutiger Technik. Der Mobilfunk hat hier seine eigene Digitale Dividende: Bei Anwendung neuer Technologien lassen sich die Übertragungsraten im gegebenen Spektrum signifikant vergrößern bzw. das Kapazitätswachstum ist ohne zusätzliches Spektrum gesichert. 11 TDD = Time Division Duplex, eine Methode der Kommunikationstechnik, bei der Sende- und Empfangskanal zeitlich versetzt die gleiche Frequenz nutzen. Beim FDD oder Frequency Division Duplex werden die Informationen für jede Richtung dagegen auf separaten Kanälen übertragen. 12 LTE ist ein 3,9G-Standard im Rahmen des 3GPP, der die 4G-Definitionen des Telecommunication Standardization Sector (ITU-T) nicht vollkommen erfüllt, aus Marketing-Gründen dennoch als 4G beworben wird. Quelle:

7 Fazit - das ITU-Berechnungsmodell (mit Änderungen) ist eine sehr gute Basis für Berechnungen des Mobilfunk-Spektrums. Aber die dafür genutzten eingegebenen Werte müssen an die der Realität angepasst werden. - Die Regulierer sollen ihre Entscheidungen nicht auf die bisher vom ITU Modell gelieferten Werte stützen, da diese unrealistisch sind. Demnach werden es auch ihre darauf basierenden Entscheidungen sein. - Der Spektrumsbedarf sollte nicht von den Gebieten höchster Bevölkerungsdichte ausgehen, da es für diese andere technische Lösungen geben kann. - Jedes Land sollte in der Lage sein, Entscheidungen zu treffen, die seiner eigenen Situation gerecht werden. - Mobilfunkbetreiber nutzen derzeit nicht das gesamte ihnen zur Verfügung gestellte Spektrum. Vorhandenes und bereits lizensiertes Spektrum soll von ihnen effektiver genutzt werden, bevor weiteres Spektrum zugewiesen wird. Es besteht die deutliche Notwendigkeit für die Regulierer, für das gesamte existierende Spektrum Lizenzen zu vergeben, bevor weiteres Spektrum für den Mobilfunk identifiziert wird. - Indem ältere Systeme auf den neuesten Stand der Technik gebracht werden, lässt sich die GSM/UMTS-Übertragungskapazität heute mindestens um den Faktor 2,4 im bereits zugewiesenen Spektrums erhöhen. Die vollständige Information seitens LS telcom kann hier eingesehen werden: um_requirements_final_report_v107.pdf and_use_of_imt_spectrum_version_101.pdf