Was ist eine Small Cell Antenne? Vollständiger Leitfaden

Das Konzept der Kleinzellentechnologie und der Kleinzellenantennen erfreut sich in modernen Netzsystemen zunehmender Beliebtheit, da sie selbst in Gebieten mit sehr hoher Nachfrage eine effiziente Kommelekommunikation ermöglichen. Small-Cell-Antennen haben sich aufgrund ihrer kompakten Größe und ihres geringen Gewichts in Kombination mit ihrer hohen Leistung und hohen Effizienz zu einem erfolgreichen Produkt entwickelt, das sich ideal für viele Umgebungen wie städtische Gebiete, Stadien, Flughäfen, intelligente Städte und sogar ländliche Gebiete eignet. In diesem Artikel werden das Konzept der Kleinzellen und die Bedeutung von Kleinzellenantennen, ihre Merkmale, Vor- und Nachteile, Anwendungen und vieles mehr erläutert.

Einführung in die Small Cell Technologie

Kleinzellen sind Funkzugangsknoten mit geringer Leistung, die kompakt sind und in der Regel eine geringere Reichweite und eine geringere Ausgangsleistung haben als herkömmliche Mobilfunktürme. Sie werden in der Regel zusammen mit dem Makronetz eingesetzt, um dessen Leistung zu ergänzen und zu verbessern. Die Kleinzellentechnologie spielt eine Schlüsselrolle bei der Steigerung der Leistung eines Netzes, indem sie dessen Kapazität, Abdeckung und Dienstqualität verbessert, was sie für die Unterstützung von Netzsystemen in dicht besiedelten Gebieten unerlässlich macht. Bei der Umstellung auf 5G und darüber hinausgehende Netzwerkarchitekturen wird die Kleinzellentechnologie eine entscheidende Komponente sein. Die Kleinzellentechnologie wird in Gebieten mit hoher Nachfrage nach drahtlosen Netzwerken, wie z. B. in städtischen Gebieten, Stadien, Einkaufszentren und anderen belebten Orten, von großem Nutzen sein. Kleinzellenantennen sind das wichtigste Element bei der Einführung der Kleinzellentechnologie. Diese Geräte sind in verschiedenen Größen und mit unterschiedlichen Leistungsparametern wie Reichweite, Leistungspegel und Formfaktoren erhältlich und können sowohl in Innen- als auch in Außenbereichen eingesetzt werden. Sie können verschiedene drahtlose Technologien unterstützen und betreiben, darunter 3G, 4G und 5G. Sie sind einfach zu handhaben und flexibel, sodass sie leicht an Straßenlaternen, Versorgungsmasten, Gebäuden usw. installiert werden können. Welcher Typ von Kleinzellenantenne am besten geeignet ist, hängt vom Anwendungsfall ab. je nach Anwendungsfall. Insgesamt bringt die Small-Cell-Technologie die Zugangspunkte näher an die Endnutzer heran, wodurch der Netzverkehr reduziert, die Datengeschwindigkeit und -qualität verbessert und schließlich ein besseres Nutzererlebnis geschaffen wird.

Die Entwicklung der zellularen Netze

Die Technologie hat sich in den letzten Jahrzehnten sprunghaft entwickelt. Im Laufe der Generationen von Mobilfunknetzen sind verschiedene Technologien zum Einsatz gekommen. Mit der 5G-Technologie und darüber hinaus, der großen Anzahl von Nutzern und der Anforderung an hohe Datengeschwindigkeiten, minimale Latenzzeiten usw. sind Kleinzellenantennen zu einer entscheidenden Komponente geworden.

Merkmale von Small-Cell-Antennen

Die Antenne spielt die wichtigste Rolle in einem Small-Cell-Netz. Small-Cell-Antennen sind so konzipiert und gebaut, dass sie eine lokal begrenzte Abdeckung und eine erhöhte Netzkapazität bieten. Small-Cell-Antennen kommunizieren über HF-Signale mit Endgeräten und können diese drahtlosen Signale über verschiedene Frequenzbänder empfangen und senden, die für die verschiedenen Netze in 3G-, 4G-LTE- oder 5G-Bändern zugewiesen sind. Kleinzellenantennen sind, wie der Name schon sagt, kleiner und kompakter als herkömmliche Basisstationsantennen und können an den meisten Orten leicht montiert und installiert werden. Das macht sie praktisch und nützlich, wenn es um die Bereitstellung einer lokalisierten Abdeckung innerhalb eines bestimmten Bereichs geht. Der Abdeckungsbereich einer Small-Cell-Antenne hängt von ihren Leistungsparametern wie dem Gewinn, den Betriebsfrequenzbändern, der Antennenform und -konfiguration sowie den Betriebsumgebungsbedingungen ab. Diese Steuerung koordiniert die Leistung zwischen den Kleinzellenantennen und dem Makrozellennetz mit den normalen Basisstationen, indem sie die Ressourcenzuweisung optimiert und die Interferenzen zwischen den nahe gelegenen Kleinzellen minimiert. Die Antennen der Kleinzellen müssen mit dem Kernnetz verbunden werden, was in der Regel durch Backhaul-Verbindungen über Glasfaserkabel oder drahtlose Verbindungen geschieht. Die ordnungsgemäße Integration von Small-Cell-Antennen mit den Makrozellen gewährleistet eine nahtlose Konnektivität für die Nutzer.

Was sind die wichtigsten Vorteile des Einsatzes von Kleinzellen?

• Mit Kleinzellenantennen kann die Reichweite von Mobilfunknetzen erweitert werden, vor allem in sehr dichten Gebieten. Dies erhöht die Gesamtkapazität des Netzes und ist daher ideal, um die Kapazität in Umgebungen zu erhöhen, in denen eine wachsende Nachfrage nach Netzkonnektivität besteht, z. B. in dichten Wohngebieten, Großstädten oder Gewerbegebieten. Small-Cell-Antennen sind auch nützlich, wenn es darum geht, Netzanschlüsse in Gebieten bereitzustellen, in denen die Signale von anderen Makrozellen schwach oder nicht verfügbar sind.  

• Antennen für kleine Zellen sind im Allgemeinen billiger als herkömmliche Basisstationsantennen.

• Small-Cell-Antennen sind in der Regel einfacher und schneller zu installieren und zu betreiben. Dank ihrer kompakten Größe und ihres Designs können Small-Cell-Antennen flexibel in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden.

• Kleinzellenantennen sind in der Lage, eine größere Anzahl von Nutzern zu unterstützen, da sie das verfügbare lizenzierte und unlizenzierte Spektrum besser ausnutzen. Sie sind so konzipiert, dass sie effektiver sind als Makrozellen. Kleinzellenantennen können dieselben Frequenzen wiederverwenden, da ihre Ziele im Allgemeinen auf einzelne kleine Bereiche ausgerichtet sind.

• Signalverluste und Störungen sind bei Kleinzellenantennen begrenzt, da sie in der Regel recht nah an den Endnutzern angebracht sind. Dies führt auch zu einer schnelleren Datenübertragung und geringeren Latenzzeiten, was ideal ist, um ein nahtloses und hochwertiges Nutzererlebnis zu bieten.                                                                                                                                                                                                                                                          

Arten von Small Cell-Antennen

Antennen für kleine Zellen sind in drei Hauptmodellen erhältlich: Mikrozellen, Pikozellen und Femtozellen.

• Mikrozelle:

Mikrozellen-Antennen kommen sowohl vom Aussehen als auch von der Leistung her den Makrozellen-Antennen am nächsten, die typischerweise verwendet werden. Mikrozellen-Antennen haben in der Regel eine Reichweite von zwei Kilometern oder weniger, aber je nach Antenne kann sie bis zu einigen Dutzend Kilometern reichen. Mikrozellenantennen werden in der Regel in städtischen Außenbereichen eingesetzt, wo Makroantennen nur eine begrenzte Reichweite und eine hohe Dichte aufweisen. Mit Mikrozellen-Antennen können lokalisierte Netzdienste mit verbesserter Abdeckung und Kapazität bereitgestellt werden. Diese Antennen sind die teuersten unter den Arten von Kleinzellen und können die höchste Kapazität unterstützen.

• Pico-Zelle:

Pico-Zellen-Antennen haben im Vergleich zu Mikrozellen einen kleineren Versorgungsbereich. Sie können in der Regel in einem Bereich von 200 m oder weniger kommunieren, aber bestimmte Pico-Zellen-Antennen können ihre Reichweite auf bis zu ein paar Kilometer erweitern. Sie werden sowohl für Außen- als auch für Innenanwendungen verwendet und sind an Orten wie Einkaufszentren, Flughäfen oder Bürogebäuden zu finden.

• Femto-Zelle:

Femtozellen-Antennen haben einen noch kleineren Versorgungsbereich und eine geringere Leistung als Picozellen-Antennen. Ihre Reichweite liegt in der Regel bei 40 m oder weniger, kann aber bis zu einigen hundert Metern reichen. Sie werden meist für Innenanwendungen in Wohngebieten oder kleinen Unternehmen eingesetzt. Basisstationen, die hauptsächlich für den Innenbereich in Wohngebieten oder kleinen Unternehmen konzipiert sind. Femtozellen-Antennen können an die lokale Breitbandverbindung eines Nutzers angeschlossen werden, um eine lokalisierte Mobilfunkabdeckung innerhalb eines begrenzten Bereichs zu bieten und so die Abdeckung in Innenräumen und die Signalstärke für Endgeräte zu verbessern. Femto-Zellen-Antennen sind im Allgemeinen kostengünstiger.

Die Spezifikationen und Leistungsparameter der verschiedenen Typen von Small-Cell-Antennen können je nach Anbieter und Hersteller variieren. Die Wahl eines bestimmten Typs von Small-Cell-Antennen für einen Anwendungsfall hängt von mehreren Faktoren ab, darunter der gewünschte Versorgungsbereich, die Nutzerdichte, die Anforderungen an den Datenverkehr und die angestrebte Einsatzumgebung. Im Vergleich zu Makrozellen-Antennen können Small-Cell-Antennen eine bessere Konsistenz und Zuverlässigkeit innerhalb ihrer begrenzten Reichweite bieten.

Zusammenfassung

Die Wahl des geeigneten Typs einer kleinen Zelle hängt vom spezifischen Anwendungsszenario, der Benutzerdichte, den Anforderungen an die Abdeckung und den Anforderungen an den Datenverkehr ab.

Technologische Fortschritte

Small-Cell-Antennen sind Teil der modernen Revolution in der Kommelekommunikationstechnologie. Beamforming und MIMO-Technologien (Massive Input Massive Output) spielen bei Kleinzellenantennen eine Schlüsselrolle. Beamforming ist die Fähigkeit, das Strahlungsdiagramm der Small-Cell-Antennen an ein bestimmtes Szenario anzupassen, bei dem relative Amplituden- und Phasenverschiebungen auf jedes Antennenelement angewandt werden, so dass sich die Ausgangssignale in bestimmten Winkeln kohärent addieren und die Ausgangssignale der anderen in bestimmten Winkeln destruktiv auslöschen. Massive MIMO bedeutet, dass eine sehr große Anzahl von Antennen an der Basisstation eingesetzt wird, um die Energieeffizienz und die spektrale Effizienz drahtloser Netzwerke zu verbessern. MIMO-Systeme sind in der Lage, häufige Übergaben in Kleinzellennetzen zu bewältigen, was die Gesamtqualität des gesamten Netzes verbessert.

Die Rolle von kleinen Zellen in 5G-Netzen

Die Kleinzellentechnologie ist für 5G-Netze aus vielen Gründen von entscheidender Bedeutung, von denen einige der wichtigsten im Folgenden erläutert werden.

• Erhöhte Kapazität: 5G-Netze zeichnen sich im Vergleich zu 3G- oder 4G-Netzen durch höhere Datengeschwindigkeiten und geringere Latenzzeiten aus. 5G-Netze arbeiten in der Regel mit hohen Frequenzbändern und haben kurze Übertragungsreichweiten. Kleinzellenantennen sind ideal für die Implementierung des Netzes in stark besiedelten Gebieten mit erhöhtem Kapazitätsbedarf, da sie eine lokal begrenzte Abdeckung und eine geringere Sendeleistung bieten.

• Engmaschigere Netzarchitektur: 5G-Netze müssen eine große Anzahl von Nutzern mit hohen Datenübertragungsraten versorgen. Bei der Small-Cell-Architektur handelt es sich in der Regel um eine große Anzahl von Basisstationen mit geringer Leistung, die in einem bestimmten Muster mit einem zentralen Controller in konzentrierter Form verbunden sind. Dies ermöglicht eine granularere Netzarchitektur, die die Abdeckung, Kapazität und Gesamtleistung des Netzes verbessert.

• Millimeterwellen-Technologie: 5G-Netze arbeiten in Millimeterwellen-Frequenzbändern und unterstützen daher extrem hohe Datenraten, haben aber eine begrenzte Ausbreitungsfähigkeit. 5G-Signale im Millimeterwellenbereich werden leicht durch Hindernisse wie Gebäude und Laub gedämpft. Kleine Zellen sind bei der Implementierung von mmWave-Implementierungen äußerst nützlich, da sie die Signale näher an den Nutzer bringen können.

• Verbesserte Abdeckung in Innenräumen: 5G ist extrem wichtig für Anwendungen in Innenräumen wie intelligente Häuser, intelligente Büros und industrielle Automatisierung und erfordert eine äußerst stabile und zuverlässige Netzwerkkonnektivität. Small-Cell-Antennen sind ideal für solche Innenanwendungen, da sie einfach in Gebäuden installiert werden können, um die Abdeckung, Kapazität und Datengeschwindigkeit zu verbessern.

• Netzwerk-Slicing und Edge Computing: 5G nutzt ein Netzwerk-Slicing-Konzept, das die bedarfsgerechte Zuweisung von Netzwerkressourcen für bestimmte Anwendungsfälle oder Dienste ermöglicht. Kleinzellen können auch das Network Slicing erleichtern, indem sie dedizierte Ressourcen und maßgeschneiderte Konnektivität für bestimmte Anwendungen in einem bestimmten Gebiet bereitstellen. Kleinzellen unterstützen auch Edge-Computing, wodurch die Netzressourcen näher an die Nutzer heranrücken und die Latenzzeit verringert wird, was sie ideal für Echtzeitanwendungen macht.

• Nahtlose Mobilität und Handover: Die 5G-Technologie muss eine ununterbrochene und nahtlose Konnektivität für eine große Anzahl von Nutzern bieten. Kleinzellen können bei der Einrichtung solcher nahtlosen, hochwertigen und zuverlässigen Netze äußerst nützlich sein, denn wenn Kleinzellen in das Makro-Mobilfunknetz integriert werden, können die Nutzer nahtlos zwischen den verschiedenen Versorgungsbereichen der verschiedenen Basisstationen wechseln, ohne die Verbindung zu verlieren.  

Anwendungen von Small Cell Antennen

• Urban:

Kleinzellenantennen sind eine kostengünstige Methode zur Einrichtung von Netzen in städtischen Gebieten, in denen eine hohe ungleichmäßige Nachfrage besteht. Small-Cell-Antennen können den Verkehr vom Makro-Mobilfunknetz entlasten und dazu beitragen, die Versorgungslücken zu schließen, wodurch sich die Qualität, Kapazität, Datengeschwindigkeit und Reichweite des Netzes insgesamt verbessern. Small-Cell-Antennen lassen sich leicht an Straßenlaternen, Strommasten oder Gebäuden anbringen, um eine lokale Abdeckung zu gewährleisten.

• Stadien:

Stadien stellen besondere Anforderungen an die Netzkonnektivität, da sie in der Regel außerhalb der Spitzenzeiten nur eine geringe Anzahl von Nutzern haben. Bei Veranstaltungen oder Shows im Stadion steigt die Zahl der Nutzer dann massiv an und die Nachfrage nach Netzkonnektivität nimmt exponentiell zu. Small-Cell-Antennen können in solchen Szenarien eingesetzt werden, um die hohe Nachfrage zu befriedigen und das Hauptmakro-Mobilfunknetz bei der Bewältigung des Datenverkehrs zu Spitzenzeiten zu unterstützen.

• Flughäfen:

Kleinzellen werden commnur in Innenräumen wie Flughäfen eingesetzt, da dort oft ein hohes Nutzeraufkommen herrscht und eine zuverlässige Abdeckung gewährleistet sein muss. Small Cells-Antennen können dazu beitragen, die Signalstärke, Kapazität und Datengeschwindigkeit innerhalb von Gebäuden zu verbessern und so den Nutzern ein besseres Netzwerkerlebnis zu bieten.

• Intelligente Städte:

Intelligente Städte werden meist mit der 5G-Technologie betrieben, die hohe Datenraten und geringe Latenzzeiten erfordert und eine große Anzahl von Nutzern unterstützen muss. Small-Cell-Antennen spielen eine entscheidende Rolle, da sie in höheren Frequenzbändern und dichteren Netzwerkarchitekturen arbeiten, die für Smart Cities erforderlich sind. Sie bringen das Netz näher an die Nutzer heran und ermöglichen eine effizientere Nutzung des verfügbaren Spektrums.

• Anbindung an den ländlichen Raum:

Small-Cell-Antennen können für den Aufbau von Netzen in ländlichen oder abgelegenen Gebieten, in denen herkömmliche Makro-Mobilfunknetze möglicherweise nicht realisierbar sind, äußerst nützlich sein. Dadurch wird die drahtlose Versorgung auf unterversorgte Gebiete ausgedehnt, wodurch die digitale Kluft verringert wird.

Herausforderungen bei der Bereitstellung von Kleinzellen

• Erwerb des Standorts:

Mit der Einführung der 5G-Netze müssen Kleinzellenantennen in einer verdichteten Architektur installiert werden. Die Installation eines Wirrwarrs von Antennen nimmt jedoch viel Platz in Anspruch und kann auch den Wert der Immobilie, auf der sie installiert werden, mindern. Es kann eine ziemliche Herausforderung sein, genügend Platz zu finden, ohne die Umgebung zu stören. Der Erwerb von Standorten für Kleinzellenantennen kann auch unzählige Genehmigungen, Pachtverträge, Papierkram usw. erfordern, was ebenfalls nicht ideal ist.

• Störungsmanagement:

Da Kleinzellenantennen in der Regel in Gruppen aufgestellt werden, kann die Gestaltung der Architektur, Platzierung und Ausrichtung eine große Herausforderung darstellen, da sie so positioniert werden müssen, dass die Interferenz zwischen den einzelnen Kleinzellenantennen sowie die Interferenz zwischen den Kleinzellenantennen und den Makrozellenantennen minimiert wird.

• Finanzielle Gemeinkosten:

Die Implementierung einer Small-Cell-Antennenanlage kann eine große finanzielle Herausforderung darstellen. Die Implementierungskosten sowie die Betriebs- und Wartungskosten für Small-Cell-Antennen sind im Vergleich zur Verwendung herkömmlicher Repeater oder Relais in der Regel teuer. Der Einsatz einer großen Anzahl von Small-Cell-Antennen in einer Region erfordert mehr Budget.

Schlussfolgerung

Die Kleinzellentechnologie ist in der heutigen Welt der Kommelekommunikation unverzichtbar geworden. Um in der modernen Welt die erwarteten Leistungsniveaus in Bezug auf Datengeschwindigkeit, Abdeckung und Dienstqualität zu erreichen, Interferenzen und Latenzzeiten zu minimieren, die Beschränkungen höherer Frequenzbänder zu überwinden und die erhöhte Dichte angeschlossener Geräte zu unterstützen, sind Small-Cell-Antennen äußerst wichtig. Small-Cell-Antennen sind in verschiedenen Modellen erhältlich, und die Auswahl des geeigneten Modells hängt von der Betriebsumgebung und den Leistungsanforderungen der jeweiligen Anwendung ab. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Small-Cell-Technologie ein wichtiges Instrument für die ständig wachsende Nachfrage nach drahtloser Konnektivität ist.