Spektrumserfordernisse für 6G: Prognosen und Handlungsbedarf

Dringender Handlungsbedarf: Die GSMA warnt vor Spektrum-Engpässen bei 6G-Mobilfunknetzen

Die Global System for Mobile Communications Association (GSMA) hat eine dringende Aufforderung an Regierungen und Regulierungsbehörden weltweit gerichtet, proaktive Maßnahmen zu ergreifen, um einen drohenden Spektrum-Engpass bei der Einführung von 6G-Mobilfunknetzen zu verhindern. Ein aktueller Bericht der GSMA prognostiziert, dass zukünftige 6G-Netze, die für die Konnektivität von Smart Cities, Logistik und dezentralen Arbeitskräften entscheidend sein werden, ohne eine signifikante Erhöhung des verfügbaren Spektrums an Kapazitätsgrenzen stoßen könnten.

Prognostizierter Datenverkehr und die Rolle von 6G

Die GSMA geht davon aus, dass 6G-Netze ab etwa 2030 kommerziell eingesetzt werden. Bis 2040 werden voraussichtlich über fünf Milliarden 6G-Verbindungen bestehen, was rund der Hälfte aller mobilen Verbindungen weltweit entspricht. Der globale mobile Datenbedarf könnte in einem konservativen Szenario 1.700 Exabyte pro Monat erreichen, in einem Hochwachstumsszenario, das durch die weitreichende Einführung von Extended Reality (XR) und KI-Integration angetrieben wird, sogar fast 4.000 Exabyte. Dies verdeutlicht die Notwendigkeit einer ausreichenden Spektrumsverfügbarkeit für 6G-Netze.

Die Entwicklung des mobilen Datenverkehrs wird nicht nur durch die Anzahl der Nutzer, sondern auch durch veränderte Nutzungsmuster und Anwendungsanforderungen beeinflusst. Während die Migration zu 5G kurzfristig ein jährliches Wachstum von 15-20 Prozent bewirkt, resultiert der langfristige Druck aus einer Verschiebung im Nutzerverhalten und den Anforderungen von Anwendungen. Eine Minderheit von "Power-Nutzern" (etwa 10 % der Mobilfunkteilnehmer) erzeugt bereits heute 60-70 % des gesamten Netzverkehrs. Diese Konsummuster werden sich voraussichtlich über die breitere Nutzerbasis hinweg normalisieren, da jüngere Generationen heranwachsen und Unternehmensanwendungen datenintensiver werden.

Spezifische Anforderungen für Unternehmen

Für Unternehmen ist die Art des zukünftigen Datenverkehrs von entscheidender Bedeutung. Im Gegensatz zum dominierenden Video-Streaming im Consumer-Bereich, das hauptsächlich Downloads erfordert, werden zukünftige Unternehmensanwendungen die Uplink-Kapazität stark beanspruchen. Generative KI-Videoanwendungen, Echtzeit-Maschinensehen für autonome Logistik und holographische Kommunikation erfordern bidirektionale Datenflüsse. In Hochwachstumsszenarien könnte der Uplink-Verkehr bis 2040 35 Prozent der gesamten Netzlast ausmachen, was eine strukturelle Neuausrichtung der Netzsymmetrie erforderlich macht.

Lokalisierte Spektrum-Engpässe

Spektrum-Engpässe treten nicht gleichmäßig auf, sondern sind hyperlokale Probleme, die zuerst große Wirtschaftszentren betreffen werden. Die Analyse zeigt, dass der Spektrumsbedarf durch die Spitzenstundennachfrage in den am stärksten überlasteten Gebieten bestimmt wird. Die Verkehrsdichte in dicht besiedelten städtischen Umgebungen ist typischerweise neunmal höher als in Standardstadtgebieten und fast 700-mal höher als in ländlichen Gebieten. Eine Stichprobenanalyse von zehn Ländern ergab, dass 83 Prozent des Verkehrs in städtischen Gebieten konzentriert sind, die nur fünf Prozent der geografischen Landfläche ausmachen.

Dies stellt ein spezifisches Risikoprofil für Unternehmen mit Niederlassungen in hochdichten Ballungszentren dar. Ohne zusätzliche Spektrumsressourcen werden diese Gebiete selbst bei moderatem jährlichen Verkehrswachstum eine Verschlechterung der Dienstleistungen erfahren. Für ein Logistikunternehmen, das auf Echtzeit-Flottentelemetrie angewiesen ist, oder ein Finanzinstitut, das Hochfrequenz-Handelsinfrastruktur verwaltet, führt Netzüberlastung in diesen spezifischen Zonen direkt zu operativen Risiken.

6G-Spektrumsbedarf und technische Entwicklung

Um diese Risiken zu mindern, strebt die Mobilfunkbranche eine erhebliche Erhöhung des Mid-Band-Spektrums (Frequenzen zwischen 1 GHz und 10 GHz, die ein Gleichgewicht aus Abdeckung und Kapazität bieten) für 6G-Mobilfunknetze an. John Giusti, Chief Regulatory Officer der GSMA, betonte, dass die 6G-Ära dreimal mehr Mid-Band-Spektrum erfordern wird als heute verfügbar ist. Die Bereitstellung dieser Spektrumsanforderungen wird eine robuste und nachhaltige Konnektivität unterstützen, digitale Ambitionen fördern und das Wirtschaftswachstum ankurbeln.

Die Modellierung deutet darauf hin, dass in städtischen Gebieten im Zeitraum 2035-2040 ein globaler Durchschnitt von 2-3 GHz Mid-Band-Spektrum benötigt wird. In Ländern mit höherer Nachfrage steigt dieser Bedarf auf 2,5-4 GHz. Da die meisten Märkte derzeit etwa 1 GHz Mid-Band-Spektrum für mobile Dienste zugewiesen haben, ist ein zusätzlicher Bedarf von 1-3 GHz Bandbreite erforderlich.

Die praktische Zeitschiene ist enger, als der Horizont von 2040 vermuten lässt. Um eine Überlastung beim Start von 6G-Mobilfunknetzen zu vermeiden, müssen die Regulierungsbehörden sicherstellen, dass bis 2030 2 GHz Mid-Band-Spektrum verfügbar sind. Die primären Kandidatenbänder für diese Erweiterung umfassen den Bereich von 3,8-4,2 GHz, den Bereich von 4,4-4,99 GHz und das obere 6-GHz-Band (6,425-7,125 GHz). Für die Spitzenzeit der 6G-Ära wird auch der Bereich von 7,125-8,4 GHz in Betracht gezogen.

Die Spektrumszuweisung ist nur eine Seite der Kapazitätsgleichung; die Netzeffizienz ist die andere. Es wird erwartet, dass Betreiber zunehmend ausgefeilte Technologien einsetzen, um mehr Kapazität aus den vorhandenen Funkwellen herauszuholen. Die Integration von KI in das Radio Access Network (AI-RAN) soll die Spektraleffizienz um 10-20 Prozent verbessern. Darüber hinaus könnte der Einsatz von 6G in den oberen 6-GHz- und 7-8-GHz-Bändern zusätzliche Effizienzgewinne gegenüber den aktuellen 3,5-GHz-Einsätzen durch fortschrittliche Massive MIMO- und Beamforming-Technologien bieten.

Technologie allein kann die Lücke jedoch nicht schließen. Der Bericht geht davon aus, dass Multi-RAT Spectrum Sharing (MRSS) bis 2040 aktiviert sein wird, was es Betreibern ermöglicht, 4G-, 5G- und 6G-Mobilfunknetze gleichzeitig in denselben Bändern zu betreiben. Dieser Ansatz ist effizienter als eine statische Partitionierung, erfordert aber immer noch eine ausreichende Gesamtbandbreite, um effektiv zu funktionieren. Selbst bei aggressiver Netzverdichtung durch Reduzierung der Abstände zwischen den Standorten auf 200-800 Meter in dichten Stadtgebieten werden die physikalischen Grenzen des derzeitigen Spektrumsportfolios erreicht sein.

Millimeterwellen-Bänder (mmWave) werden eine unterstützende Rolle spielen und potenziell 5-10 Prozent des dichten Stadtverkehrs abwickeln. Aufgrund schlechter Ausbreitungseigenschaften können mmWave jedoch nicht als primäre Schicht für die stadtweite Abdeckung dienen und ihre Nützlichkeit wird auf lokalisierte Hochkapazitätsumgebungen wie Stadien oder Smart Factories beschränkt sein.

Implikationen für Unternehmen und globale Strategien

Für Unternehmensführer dient der Bericht "Vision 2040" als Frühindikator für infrastrukturelle Volatilität. Obwohl 6G fortschrittliche Technologien wie hochauflösende Netzwerksensorik und digitale Zwillinge verspricht, ist die zugrunde liegende Kapazität zur Unterstützung dieser Innovationen nicht garantiert.

Die unterschiedlichen regionalen Aussichten erfordern auch einen nuancierten Ansatz für internationale Operationen. In Märkten mit hoher Nachfrage wie China, Nordamerika und den GCC-Staaten werden bis 2040 6G-Durchdringungsraten von über 100 Prozent erwartet. Im Gegensatz dazu wird die Einführung in Regionen wie Lateinamerika und Subsahara-Afrika langsamer verlaufen, was bedeutet, dass global agierende Unternehmen hybride Technologiestrategien beibehalten müssen, die die Koexistenz von 4G, 5G und 6G über Jahrzehnte hinweg berücksichtigen.

Führungskräfte sollten die Verfügbarkeit des oberen 6-GHz-Bandes als Gradmesser für die zukünftige Netzwerkleistung betrachten. Märkte, die dieses Spektrum bis 2030 nicht für mobile Dienste zuweisen, haben eine höhere Wahrscheinlichkeit von Netzüberlastungen. In der Zwischenzeit sollten Organisationen mit Niederlassungen in ultra-dichten Stadtzentren ihre Konnektivitätsabhängigkeit überprüfen und sich auf hohe Uplink-Anforderungen durch KI und XR einstellen. Die Berücksichtigung privater Netzwerke oder Wi-Fi-Offloading kann dazu beitragen, öffentliche Netzwerkeinschränkungen zu mindern.

Der Weg zu 6G-Netzen ist mit Spektrum gepflastert; ohne dieses riskiert die nächste Generation der Konnektivität, zu wenige Spuren für die mobilen Verkehrsanforderungen der Zukunft zu haben.

Bibliography

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