KDDI und Kyocera haben eine drahtlose Relais-Technologie entwickelt, welche die Abdeckung im Millimeterwellenbereich erheblich erweitert

Repeater, welche die KDDI/Kyocera-Technologie nutzen, ermöglichen die Bildung eines Mesh-Netzwerks, um den Bereich der Netzabdeckung selbstständig zu erweitern. Diese Lösung ersetzt das herkömmliche Konzept unabhängiger „Sende-“ und „Empfangs“-Funktionen von Repeatern durch einen dynamischen Rollenwechsel zwischen Senden und Empfangen und passt sich so nahtlos an die drahtlose Umgebung an. Auf diese Weise entstehen im Zusammenspiel mit anderen Millimeterwellen-Basisstationen Gebiete mit autonomer und kontinuierlicher Netzabdeckung.

Mit seiner Fähigkeit zur High-Speed Kommunikation birgt das Millimeterwellenband ein immenses Potenzial für die Erweiterung der 5G-Kommunikation, besonders in stark frequentierten Bereichen wie Bahnhöfen, Stadien und beliebten Aufenthaltsorten. Werden die Antennen, wie bei anderen Frequenzbändern auch, auf Gebäudedächern installiert, so ist die Versorgung mit Millimeterwellen aufgrund der hohen Richtwirkung der Millimeterwellensignale und ihrer Störanfälligkeit durch Gebäude und Bäume eher kleinflächig und nicht zusammenhängend. Das wiederum zieht erhebliche Investitionen in Basisstationen für eine kontinuierliche und dichte Bereitstellung nach sich. Um das volle Potential der Millimeterwellen-Technologie auszuschöpfen, muss diese Herausforderung überwunden werden.

Diese Technologie ermöglicht es dem Repeater, selbstständig ein Relais-Netzwerk für die empfangenen Basisstationen zu bilden und so die Reichweite effizient zu erweitern. Repeater, die diese Technologie implementieren, wirken zusammen und sind in einem Mesh-Netzwerk vernetzt. So kann die Reichweite des Millimeterwellenbereichs erheblich erweitert werden.

Der KDDI/Kyocera-Repeater benötigt nur eine Stromversorgung und keine Backhaul-Leitungen. Das vereinfacht die Installation und hält die Betriebskosten niedrig. Die kompakte und leichte Bauweise vereinfacht die Netzerweiterung, da sie in bestehenden Infrastrukturen wie Straßenlaternen installiert werden können.

Während der Felderprobung wurden im Rahmen des Programms „Connected TOKYO“ zur 5G-Förderung 22 Repeater an Straßenlaternen und U-Bahn-Eingängen in der Präfektur Tokio im Stadtbezirks Shinjuku installiert^*2. Die Tests begannen am 29. Oktober 2024 und bestätigten eine Verdreifachung der Netzabdeckung auf Straßen von 33 % auf 99 % gegenüber einem etwa 600 Quadratmeter großen Vergleichsgebiet ohne Repeater im Bezirk Nishi-Shinjuku.

Vorteile der neuartigen Repeater

Eigenständige Gebietsbildung
Bei der herkömmlichen Relaistechnologie werden Antennen als Empfänger der Signale von Basisstationen und als Sender zur Weitergabe des Signals definiert. Bei der Herstellung eines Bereichs müssen die Aufgaben und Richtungen jeder Antenne festgelegt werden. Im Gegensatz dazu kann bei diesem Relaisgerät jede Antenne dynamisch zwischen Sende- und Empfangsfunktion wechseln, wobei die Antenne, die Signale von der Millimeterwellen-Basisstation als Sender empfängt und die anderen Antennen als Empfänger fungieren. Dies ermöglicht eine effiziente Bildung und Erweiterung von Millimeterwellenbereichen, wobei die Geräte in einem Mesh-Netzwerk miteinander verbunden sind. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, die Funktion und Ausrichtung der Antennen festzulegen. Das ermöglicht eine größere Flexibilität bei der Installation und vereinfacht den gesamten Netzaufbau.

Optimierte Relaisvernetzung
Die neuen Repeater wählen unter den Millimeterwellensignalen aus mehreren Richtungen die Relaisroute mit der besten Signalqualität und bilden so ein maschenförmiges Netz. Erkennen die Repeater eine Signalverschlechterung von der Basisstation und anderen Repeatern, berechnen sie sofort eine optimierte Route und schalten die Relais um. Wird eine Relaisroute durch veränderte Umweltbedingungen behindert, beispielsweise Gebäude, Bäume oder große Lastwägen, die das Signal blockieren, wählen die Repeater laufend weitere optimale Relaisrouten.

Kompakt und leicht
Die neuartigen Repeater von KDDI und Kyocera messen 216 mm x 216 mm x 246 mm und wiegen lediglich 4,9 kg. Gegenüber herkömmlichen Millimeterwellen-Basisstationen bedeutet das eine Verringerung von Größe und Gewicht um etwa 70 %. Dies ermöglicht zahlreiche Optionen für die Installation, zum Beispiel in Straßenlaternen, welche den Eingriff in die Landschaft und Umgebung minimieren.

Über die Felderprobung dieser Technologie

1. Übersicht
Um den Effekt der Erweiterung des Millimeterwellenbereichs mit diesen Repeatern zu bestätigen, wurden Felderprobungen durchgeführt. Dazu wurden 22 Repeater im bebauten Bezirk Nishi-Shinjuku in der Präfektur Tokio installiert und es wurde bestätigt, dass die Netzabdeckung auf Straßen im Vergleich zur bestehenden Millimeterwellenabdeckung von 33 % auf 99 % erweitert wurde.

Es wurde weiterhin bestätigt, dass die von diesen Repeatern gesendeten Signale nicht mit den von derselben Basisstation gesendeten Signalen interferieren, so dass der Millimeterwellenbereich ohne Maßnahmen zur Störfestigkeit erweitert werden kann.

2. Zeitraum der Felderprobung
29. Oktober 2024 bis 31. März 2025

3. Bereich der Felderprobung
Bezirk Nishi-Shinjuku, Stadtbezirk Shinjuku, Tokio, Japan.

4. Rolle der beteiligten Unternehmen

5. Danksagung

*1 Die weltweit erste Millimeterwellen-Relaistechnologie (Stand: 16. Dezember 2024), die eigenständig Mesh-Netzwerke bildet und den Bereich der Netzabdeckung erweitert. Quelle: Studienergebnisse von KDDI.
*2 „Connected Tokyo“ 3-Jahres-Aktionsplan der Präfektur Tokio (nur auf Japanisch).