Spektrumteilung: Ein praktischer Leitfaden zur 4G/5G-Koexistenz und zu Modellen für die gemeinsame Spektrumteilung

Februar 10 2026, Von Paul Waite
21 min Lesezeit

Die Funkfrequenzen, über die wir telefonieren, Videos streamen und Milliarden von Geräten verbinden, sind nicht unbegrenzt. Die gemeinsame Nutzung von Frequenzspektrum hat sich als eine der praktikabelsten Lösungen für diese Realität erwiesen und ermöglicht es mehreren Nutzern und Technologien, unter kontrollierten Bedingungen auf dieselben Frequenzbänder zuzugreifen.

Dieser Artikel erläutert die Funktionsweise der Spektrumsnutzung in realen Telekommunikationsnetzen – von der dynamischen Spektrumsnutzung zwischen 4G und 5G bis hin zu gemeinsam genutzten Frequenzbändern wie CBRS in den USA und Licensed Shared Access in Europa. Sie erfahren mehr über die technischen Mechanismen, die regulatorischen Rahmenbedingungen und die praktischen Vorteile, die die Spektrumsnutzung für Netzbetreiber, Regulierungsbehörden und Unternehmen gleichermaßen wichtig machen.

Einführung in die Spektrumteilung

Spektrumsharing bezeichnet die koordinierte Wiederverwendung von Funkfrequenzressourcen durch verschiedene Nutzer, Netzwerke oder drahtlose Dienste, die in denselben Frequenzbändern arbeiten. Anstatt einem einzelnen Betreiber exklusive Rechte zuzuweisen, ermöglichen Sharing-Mechanismen, dass das verfügbare Spektrum mehr Kunden und Anwendungen bedienen kann.

Die Dringlichkeit der Spektrumsnutzung hat sich seit etwa 2015 dramatisch verschärft. Der Übergang von 4G zu 5G setzte die Netzbetreiber unmittelbar unter Druck, da sie 5G-Netze ausbauen mussten, ohne ihre bestehenden LTE-Netze aufzugeben. Gleichzeitig führte die zunehmende Verbreitung von IoT-Geräten zu Millionen neuer Endpunkte, die um Kapazität konkurrierten, und die begrenzten Ressourcen des Sub-6-GHz-Spektrums gerieten zunehmend an ihre Grenzen.

Dieser Artikel konzentriert sich auf drei praktische Bereiche, in denen die gemeinsame Nutzung von Frequenzspektrum heute schon einen echten Mehrwert bietet:

Dynamische Spektrumteilung (DSS) für 4G/5G zur Verwaltung des Übergangs zwischen Netzwerkgenerationen.
Frequenzbänder mit gemeinsamer Lizenz wie CBRS (3,5 GHz in den USA) für private Netzwerke und innovative Implementierungen
Europäische Richtlinien zur gemeinsamen Spektrumnutzung, einschließlich kollektiver Spektrumnutzung und lizenzierter gemeinsamer Zugriffsrechte

Die Vorteile sind greifbar: schnellere 5G-Einführung ohne kostspielige Spektrumumverteilung, bessere Spektraleffizienz bei gleichen Frequenzbändern und kostengünstigere Konnektivitätsoptionen für Unternehmen und Endnutzer.

Was versteht man unter Spektrumsharing in der Telekommunikation?

Im Kern bedeutet Spektrumsharing, dass mehrere Netzwerke, Dienste oder Nutzer unter abgestimmten Regeln auf Frequenzspektrum im selben Frequenzband zugreifen können. Dies steht im deutlichen Gegensatz zur traditionellen Exklusivlizenzierung, bei der ein einzelner Betreiber die vollständigen Rechte an einem Frequenzband in allen Dimensionen – Zeit, Geografie und Sendeleistung – besitzt.

Um die Spektrumsnutzung zu verstehen, müssen drei Hauptmodelle unterschieden werden:

Exklusiv lizenziertes Frequenzspektrum stellt den traditionellen Ansatz dar. Ein Betreiber gewinnt eine Auktion oder erhält eine Zuteilung für Frequenzbänder wie 700 MHz oder 1800 MHz und genießt damit landesweiten, exklusiven Zugriff. Dieses Modell bietet planbare Leistung und Investitionssicherheit, führt aber dazu, dass Frequenzspektrum bei geringer Nachfrage nicht voll ausgelastet ist.

Unlizenzierte oder gemeinschaftlich genutzte Frequenzbänder funktionieren nach dem gegenteiligen Prinzip. Die von WLAN-Routern weltweit genutzten 2,4-GHz- und 5-GHz-Bänder stehen jedem offen, der die Sendeleistungsgrenzen und technischen Regeln einhält. Innovationen blühen hier – WLAN selbst ist das beste Beispiel –, doch die Nutzer akzeptieren eine bestmögliche Qualität ohne Schutz vor Störungen.

Gemeinsam genutzte lizenzierte Frequenzbänder stellen einen Mittelweg dar, der seit 2019 deutlich an Bedeutung gewonnen hat. Diese Rahmenwerke bieten Einzellizenzen gewisse Garantien für die Dienstqualität, erfordern jedoch gleichzeitig die Abstimmung mit anderen Nutzern oder etablierten Anbietern. Das CBRS-3,5-GHz-Band in den USA und der lizenzierte gemeinsame Zugang in Europa sind Beispiele für diesen Ansatz.

Konkrete Beispiele helfen, das Konzept zu veranschaulichen:

Das 3,5-GHz-CBRS-Band wurde in den USA um 2019 mit OnGo-Zertifizierungen kommerziell eingeführt und ermöglicht es Unternehmen und Betreibern, private LTE- und 5G-Netze bereitzustellen.
In Europa laufen seit 2020 Pilotprojekte zur gemeinsamen Nutzung der 700-MHz- und 3,4–3,8-GHz-Bänder für 5G, wobei die Regulierungsbehörden untersuchen, wie etablierte Unternehmen und Mobilfunkbetreiber koexistieren können.
Die dynamische Spektrumteilung zwischen 4G LTE und 5G NR ist seit 2020 kommerziell verfügbar und ermöglicht es den Betreibern, Niederfrequenzspektrum in Echtzeit zwischen den Generationen zu teilen.

Die gemeinsame Nutzung von Frequenzspektrum ist gleichzeitig ein technisches und ein regulatorisches Konzept. Die Technologie bestimmt, wie Geräte und Netzwerke den Zugriff koordinieren, während der regulatorische Rahmen festlegt, wer welches Frequenzspektrum unter welchen Bedingungen und mit welchem Schutz nutzen darf.

Warum die Spektrumsteilung für 4G und 5G wichtig ist

Von etwa 2012 bis 2020 dominierte 4G LTE die Mobilfunknetze weltweit. Die Betreiber investierten massiv in Frequenzbänder im niedrigen Frequenzbereich (700, 800, 900 MHz) für eine flächendeckende Versorgung und in Frequenzbänder im mittleren Frequenzbereich (1800, 2100, 2600 MHz) für zusätzliche Kapazität. Als 5G NR eingeführt wurde, waren diese Frequenzbänder bereits vollständig für LTE-Dienste reserviert.

Wachsende Nachfrage nach Spektrumressourcen

Mehrere Nachfragefaktoren haben die Betreiber zur gemeinsamen Nutzung des Frequenzspektrums gedrängt:

Der mobile Datenverkehr verdoppelt sich weiterhin etwa alle zwei bis drei Jahre. Videostreaming, Cloud-Gaming und Unternehmensvernetzung verbrauchen enorme Bandbreiten, und dieser Trend scheint sich ungebremst fortzusetzen. Anwendungen für virtuelle Realität und erweiterte Realität werden den Verbrauch voraussichtlich noch weiter beschleunigen.

Die massive Verbreitung von IoT-Geräten führt zu Millionen von Sensoren, Messgeräten und Trackern, die einen zuverlässigen Zugriff auf drahtlose Dienste benötigen. Obwohl einzelne IoT-Geräte nur wenig Bandbreite verbrauchen, ist ihr Gesamteinfluss auf die Netzwerkkapazität erheblich.

Die Anforderungen an die Konnektivität von Unternehmen haben sich dramatisch erweitert. Unternehmen fordern höhere Datenraten und geringere Latenzzeiten für Fertigung, Logistik und Fernbetrieb.

Warum neue Frequenzbänder allein nicht ausreichen

Das mittlere Frequenzband um 3,5 GHz und die Millimeterwellenbänder oberhalb von 24 GHz bieten ein enormes Potenzial für 5G. Allerdings weisen sie auch erhebliche Einschränkungen auf:

Herausforderungen bei der Abdeckung : Höhere Frequenzen haben eine geringere Reichweite und Schwierigkeiten bei der Durchdringung von Gebäuden.
Infrastrukturkosten : Dichte Netzausbauten erfordern mehr Mobilfunkstandorte, was die Investitionskosten erhöht.
Geräteökosystem : Nicht alle Geräte unterstützen diese neuen Frequenzbänder sofort.

Gleichzeitig können die Netzbetreiber LTE in den niedrigen Frequenzbändern nicht einfach abschalten. Millionen älterer Geräte sind weiterhin auf 4G angewiesen, und VoLTE bleibt die wichtigste Sprachlösung. Eine abrupte Umstellung würde Kunden im Stich lassen und die Netzqualität erheblich beeinträchtigen.

Die Spektrum-Sharing-Lösung

Die gemeinsame Nutzung des Frequenzspektrums bietet eine praktische Brücke von 4G zu 5G, ohne die Betreiber zu schwierigen Kompromissen zu zwingen:

Keine aufwendige Umstrukturierung erforderlich : Betreiber können 5G schrittweise einführen und gleichzeitig den LTE-Dienst aufrechterhalten.
Effizientere Nutzung teurer Frequenzspektren : Zuteilungen im niedrigen und mittleren Frequenzband dienen gleichzeitig sowohl 4G- als auch 5G-Nutzern.
Eigenständige 5G-Dienste auf bestehenden Frequenzbändern : Betreiber können 5G-SA-Kernnetze bereitstellen und dabei ihre bestehenden Spektrumressourcen nutzen.

Große Betreiber in den USA und Europa haben im Jahr 2020 DSS-fähige 5G-Dienste eingeführt und behaupten, eine landesweite 5G-Abdeckung zu erreichen, indem sie ihre bestehenden 4G-Spektrumressourcen mit der neuen Technologie teilen.

Dynamische Spektrumteilung (DSS)

Dynamic Spectrum Sharing (DSS) ist eine im 3GPP-Standard (Release 15, 2018) finalisierte Funktion, die es LTE und 5G NR ermöglicht, gleichzeitig auf derselben Trägerfrequenz zu arbeiten. Anstatt ein Frequenzband statisch zwischen den Technologien aufzuteilen, weist DSS die Ressourcen dynamisch basierend auf dem Echtzeit-Verkehrsaufkommen zu.

Typische DSS-Einsatzbänder

Die Betreiber setzen DSS vorwiegend auf Frequenzen im niedrigen und mittleren Frequenzband ein, wo sie bereits über LTE-Infrastruktur verfügen:

600 MHz und 700 MHz in Nordamerika
800 MHz und 900 MHz in Europa
1800 MHz und 2100 MHz weltweit

Diese Frequenzbänder sind attraktiv, da sie eine flächendeckende 5G-Abdeckung mit bestehenden Mobilfunkstandorten und Antennen ermöglichen. Ein Netzbetreiber kann „5G überall“ anbieten, indem er DSS in seinem bestehenden LTE-Netz aktiviert.

Wie DSS die Koexistenz von 4G und 5G ermöglicht

Der Mechanismus funktioniert durch dynamische Zeitplanung auf Millisekundenebene:

LTE und NR teilen sich einen gemeinsamen Träger.
Der Scheduler entscheidet pro Subframe oder Symbol, ob Ressourcen an LTE oder NR gehen.
Die Zuteilung folgt den Echtzeit-Verkehrsmustern – mehr 5G-Geräte bedeuten mehr Ressourcen für NR und umgekehrt.
Es sind keine Netzwerkausfallzeiten oder statische Neukonfigurationen erforderlich.

Große Anbieter wie Ericsson, Nokia und Huawei haben um das Jahr 2020 kommerzielle DSS-Lösungen eingeführt, die eine schnelle 5G-Abdeckung über das bestehende 4G-Spektrum ermöglichen.

Vorteile und Nachteile von DSS

DSS bietet klare Vorteile beim Übergang von 4G zu 5G:

Schnellerer 5G-Ausbau durch Software-Upgrades auf bestehenden Funkgeräten
Flächendeckende 5G-Abdeckung ohne Wartezeit auf die Einführung neuer Frequenzbänder
Reibungsloser Migrationspfad zum Schutz bestehender LTE-Investitionen

Allerdings gibt es Kompromisse. Die Koexistenz von LTE- und NR-Steuerkanälen führt zu einem gewissen Mehraufwand bei der spektralen Effizienz. Der Spitzendurchsatz auf einem DSS-Träger ist typischerweise geringer als auf einem dedizierten 5G-NR-Träger. Für Netzbetreiber ist DSS daher eher als Übergangslösung in den ersten 5G-Jahren (2020–2024) denn als langfristige Architektur von Nutzen.

Wie die dynamische Spektrumteilung in der Praxis funktioniert

DSS arbeitet mit Zeit- und Frequenzmultiplexing zwischen LTE und NR auf demselben Träger. Die Basisbandeinheit – die sowohl als eNodeB als auch als gNodeB fungiert – steuert diese Koordination in Echtzeit.

Betrachten wir ein praktisches Beispiel: Ein Betreiber verfügt über 10 MHz Spektrum bei 1800 MHz, das derzeit LTE-Nutzer bedient. Bei aktiviertem DSS teilt der Scheduler die Ressourcenblöcke dynamisch pro Übertragungszeitintervall (1 ms) auf:

Wenn überwiegend 4G-Geräte aktiv sind, nutzt LTE den Großteil der Physical Resource Blocks (PRBs).
Mit zunehmender Verbreitung von 5G-Geräten wechseln immer mehr PRBs zu NR.
Außerhalb der Spitzenzeiten hat die Technologie mit den meisten aktiven Nutzern Priorität.

Der Scheduler verwendet für diese Entscheidungen mehrere Eingangsgrößen:

Anzahl aktiver LTE- gegenüber NR-Benutzergeräte (UEs)
Anforderungen an die Dienstgüte für jede Verbindung
Aktuelle Verkehrslast und Pufferstatus
Von Geräten gemeldete Kanalbedingungen

DSS unterstützt sowohl 5G Standalone (SA) als auch Non-Standalone (NSA) Implementierungen. In SA-Netzen trägt DSS zur Aufrechterhaltung einer kontinuierlichen Niederfrequenzabdeckung bei, während das Kernnetz alle Steuerungsfunktionen übernimmt.

Aus Sicht des Endnutzers ist DSS transparent. Das Netzwerk übernimmt die gesamte Koordination automatisch. Betreiber müssen jedoch sicherstellen, dass kompatible Funkgeräte mit den entsprechenden Softwareversionen vorhanden sind, und einige Geräte benötigen möglicherweise Firmware-Updates, um die DSS-Funktionen vollumfänglich nutzen zu können.

Vorteile und Grenzen von DSS

Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:

Schnelle 5G-Einführung ohne Abschaltung von LTE-Netzen oder Wartezeit auf die Migration der Abonnenten.
Bessere Nutzung des wertvollen Niederfrequenzspektrums während der mehrjährigen Übergangsphase
Reibungsloserer Migrationspfad für ländliche und vorstädtische Gebiete, in denen dediziertes 5G-Spektrum möglicherweise nicht wirtschaftlich rentabel ist
Geringere Investitionskosten im Vergleich zur Einführung völlig neuer Träger und Frequenzbänder in frühen Ausbauphasen.

Erst die Abdeckung, dann die Kapazität.

DSS priorisiert die Netzabdeckung gegenüber der reinen Kapazität. Betreiber können eine breite 5G-Verfügbarkeit gewährleisten und gleichzeitig in stark nachgefragten Gebieten dedizierte Kapazitäten im mittleren Frequenzband und im Millimeterwellenbereich aufbauen.

Zu berücksichtigende Einschränkungen:

Der durch die Koexistenz bedingte Mehraufwand bei der spektralen Effizienz verringert die Spitzenleistung im Vergleich zu reinen 5G-NR-Trägern.
Die Komplexität der Terminplanung nimmt zu, insbesondere in Netzwerken mit mehreren Anbietern, in denen sich die Koordinierungsalgorithmen unterscheiden können.
Die Optimierung erfordert eine kontinuierliche Anpassung, da sich der 4G-zu-5G-Verkehrsmix weiterentwickelt.

Die meisten Netzbetreiber betrachten DSS als Übergangstechnologie. Da der LTE-Verkehr bis Ende der 2020er-Jahre naturgemäß zurückgeht, können die Betreiber die DSS-Frequenzbänder schrittweise für reines 5G NR umwidmen und so die dadurch eingesparten Effizienzgewinne zurückgewinnen.

Andere Modelle und Technologien zur Spektrumsnutzung

DSS regelt die gemeinsame Nutzung von Frequenzen zwischen den 4G- und 5G-Netzen eines Betreibers. Die gemeinsame Nutzung von Frequenzspektrum umfasst jedoch ein breiteres Spektrum an regulatorischen und Geschäftsmodellen, die den Zugriff auf Frequenzressourcen durch verschiedene Akteure ermöglichen.

Die Spektrumbündelung ermöglicht es mehreren Betreibern, Spektrumblöcke gemeinsam zu nutzen, häufig in höheren Frequenzbändern, wo individuelle Zuteilungen für eine effiziente Nutzung zu schmal sein könnten. Dieses Modell eignet sich für Szenarien, in denen Betreiber ihre Bereitstellungen koordinieren können, beispielsweise in bestimmten geografischen Gebieten oder Industriezonen.

Spektrumleasing und Sekundärmärkte ermöglichen es einem Hauptlizenznehmer, anderen in bestimmten Gebieten oder Zeiträumen Zugang zu gewähren. Dieser flexible Ansatz maximiert den Wert von Spektrum, das andernfalls ungenutzt bliebe.

Der unlizenzierte, gemeinsam genutzte Zugang mittels Technologien wie LAA (Licensed Assisted Access), NR-U (New Radio Unlicensed) und Wi-Fi 6E/7 ermöglicht Mobilfunkbetreibern und Unternehmen die Nutzung lizenzfreier Frequenzbänder. Das kürzlich für die unlizenzierte Nutzung freigegebene 6-GHz-Band ist ein Beispiel für dieses Modell.

Zentralisierte Koordinierungssysteme

Fortgeschrittenere Sharing-Modelle setzen auf automatisierte Systeme, um den Zugriff zu verwalten und Störungen in Echtzeit zu vermeiden:

Spectrum Access Systems (SAS) koordinieren Benutzer im CBRS 3,5-GHz-Band.
Netzwerke zur Umweltsensorik (ESC) erkennen laufende Betriebsabläufe, die geschützt werden müssen.
Geolokalisierungsdatenbanken erfassen, wo und wann Sekundärbenutzer aktiv sein können.

Diese Systeme ermöglichen dynamisches Sharing in großem Umfang und bewältigen täglich Millionen von Koordinierungsanfragen bei gleichzeitigem Schutz prioritärer Nutzer.

Die Garantien variieren je nach Modell.

Unterschiedliche Ansätze zum Teilen von Informationen bieten unterschiedliche Sicherheitsniveaus:

Unlizenzierter Zugriff : Kein Schutz vor Störungen; Geräte müssen sich mit der bestmöglichen Leistung zufriedengeben.
Gemeinsamer lizenzierter Zugriff (CBRS Priority Access Licenses, LSA): Vorhersagbare Dienstgüte mit regulatorischem Schutz
Bestehende Schutzstufen : Nutzer mit höchster Priorität (z. B. Schiffsradargeräte im CBRS) können andere Nutzer auffordern, das Frequenzspektrum zu räumen.

Beispiele für gemeinsam genutzte Frequenzspektren: CBRS und darüber hinaus

Der Citizens Broadband Radio Service (CBRS) im Frequenzbereich von 3550–3700 MHz stellt das weltweit am weitesten entwickelte System zur gemeinsamen Frequenznutzung dar. Die FCC hat ein dreistufiges Zugangsmodell etabliert:

Bestehender Zugang : Bundesnutzer, einschließlich Schiffsradargeräte der Marine, erhalten garantierten Schutz
Prioritätszugangslizenzen (PALs) : Diese werden im Rahmen einer Auktion erworben und bieten lizenzierten Zugang mit Schutz vor Störungen in bestimmten Landkreisen.
Allgemeiner autorisierter Zugriff (GAA) : Offen für alle zertifizierten Geräte nach bestem Bemühen

Die kommerziellen OnGo-Dienste wurden um 2019 eingeführt, und bis 2023 waren über 10.000 CBRS-Geräte zertifiziert worden. Die PAL-Auktion im Wert von 4,6 Milliarden US-Dollar im Jahr 2020 zeugte von großem kommerziellen Interesse.

Zu den praktischen Anwendungsgebieten von CBRS gehören:

Private LTE- und 5G-Netze für Produktionsanlagen ermöglichen die Echtzeitsteuerung automatisierter Anlagen.
Neutrale Host-Lösungen in Veranstaltungsorten, Stadien und Bürogebäuden, in denen mehrere Anbieter die Infrastruktur gemeinsam nutzen.
Campusnetzwerke für Universitäten und Unternehmenszentralen
Hafen- und Logistikbetriebe, die eine dedizierte, zuverlässige Verbindung benötigen

Globale Parallelen zu CBRS:

Deutschland führte ab 2019 lokale Lizenzen im Frequenzbereich von 3,7–3,8 GHz für private 5G-Netze ein, die es industriellen Akteuren ermöglichen, ihre eigenen Netze aufzubauen.
Im Vereinigten Königreich wurden gemeinsame Zugangsmodelle in den Frequenzbändern 1800 MHz und 3,8–4,2 GHz für lokale und Indoor-Installationen entwickelt.
Japan hat die Frequenzbänder 4,6–4,8 GHz und 28 GHz für lokale 5G-Systeme mit ähnlichem Unternehmensfokus vorgesehen.

Diese Ansätze zur gemeinsamen Spektrumsnutzung ermöglichen es Branchen von der Fertigungsindustrie bis zum Gesundheitswesen, private drahtlose Netzwerke einzusetzen, ohne an nationalen Spektrumauktionen teilnehmen zu müssen.

Europäische Politik- und Regulierungsrahmen für das gemeinsame Spektrum

Die Frequenzpolitik der Europäischen Union verfolgt das Ziel, mehrere Ziele in Einklang zu bringen: die effiziente Nutzung einer begrenzten Ressource, die Harmonisierung des Binnenmarktes, fairen Wettbewerb und universelle Konnektivität für alle Bürger. Die gemeinsame Nutzung von Frequenzen hat für das Erreichen dieser Ziele zunehmend an Bedeutung gewonnen.

Die wichtigsten politischen Instrumente prägen das Umfeld:

Das 2012 verabschiedete Programm zur Nutzung des Funkfrequenzspektrums (Radio Spectrum Policy Programme, RSPP) schuf den strategischen Rahmen für das Frequenzmanagement in den Mitgliedstaaten.
Der Europäische Kodex für elektronische Kommunikation (EECC) , der 2018 verabschiedet und in den Folgejahren umgesetzt wurde, aktualisierte die Regeln für die Frequenzzuweisung und führte Bestimmungen für den gemeinsamen Zugriff ein.

Auf EU-Ebene berät die Radio Spectrum Policy Group (RSPG) die Kommission in Spektrumfragen, während CEPT/ECC technische Harmonisierungsmaßnahmen entwickelt. Diese Gremien betonen zunehmend die gemeinsame Nutzung von Frequenzen als Instrument für ein effizientes Frequenzmanagement.

Die Mitgliedstaaten behalten die Verantwortung für die nationale Frequenzzuweisung, werden aber ermutigt, gemeinsame Modelle zu prüfen, insbesondere für den 5G-Ausbau und lokale Unternehmensnetze.

Modell der kollektiven Spektrumnutzung (CUS) in Europa

Die kollektive Spektrumsnutzung bezieht sich auf lizenzfreie oder nur geringfügig lizenzierte Frequenzbänder, in denen sich viele unabhängige Nutzer das Spektrum unter technischen Beschränkungen teilen. Es sind keine individuellen Exklusivlizenzen erforderlich – die Geräte müssen lediglich die Leistungsgrenzen und Betriebsregeln einhalten.

Prominente Beispiele für CUS sind:

Die von Wi-Fi in der gesamten EU genutzten 2,4-GHz- und 5-GHz-Bänder wurden nun für Wi-Fi 6E und Wi-Fi 7 auf 6 GHz erweitert.
24 GHz und 77 GHz sind für Automobilradarsysteme reserviert.
863–870 MHz unterstützt Kurzstreckengeräte, RFID und verschiedene IoT-Anwendungen

Hauptmerkmale von CUS:

Niedrige Markteintrittsbarrieren ermöglichen schnelle Innovation und Markteintritt
Die Geräte müssen Leistungsgrenzen und Verhaltensregeln wie z. B. das Protokoll „Zuhören vor Sprechen“ einhalten.
Kein Schutz vor Störungen – Benutzer konzipieren Systeme so, dass sie robust gegenüber Überlastung sind.

Die Vorteile waren beträchtlich. Das Wachstum von Wi-Fi seit den frühen 2000er-Jahren zeigt, wie unlizenzierte Frequenzbänder völlig neue Ökosysteme für Unterhaltungselektronik, Smart-Home-Geräte und Unternehmensnetzwerke ermöglichen. Die Wi-Fi-Revolution – die alles von Laptops bis hin zu industriellen Sensoren vernetzt – verdankt sich maßgeblich den gemeinsam genutzten Frequenzbändern.

Verantwortlichkeiten im Rahmen von CUS:

Anwender akzeptieren bestmögliche Qualität und müssen ihre Systeme und Anwendungen so auslegen, dass sie mit schwankender Leistung umgehen können. Dieses Modell eignet sich gut für verzögerungstolerante Anwendungen, ist aber möglicherweise nicht für unternehmenskritische industrielle Anwendungsfälle geeignet, die einen garantierten Zugriff erfordern.

Licensed Shared Access (LSA) und ähnliche Modelle

Licensed Shared Access (LSA) bietet einen Rahmen, in dem neue Nutzer unter regulierten Nutzungsbedingungen auf bereits einem etablierten Anbieter zugewiesene Frequenzen zugreifen können. Im Gegensatz zu unlizenzierten Modellen bietet LSA individuelle Lizenzen mit vorhersehbarer Leistung.

Zu den frühen Entwicklungen im Bereich LSA gehören:

Pilotprojekte im 2,3-GHz-Band um 2015–2017 in mehreren EU-Ländern
Anwendung von LSA-Konzepten in Diskussionen über die 3,6-GHz- und 26-GHz -5G-Bänder
Versuche, die demonstrieren, wie automatisierte Systeme die Freigabe in Echtzeit verwalten können

Grundprinzipien der LSA:

Individuelle, nicht-exklusive Lizenzen für neue Benutzer
Regler oder automatisierte Systeme steuern die Beschränkungen hinsichtlich Zeit, Ort und Leistung.
Die etablierten Anbieter erhalten garantierten Schutz, wenn sie das Spektrum benötigen.
Neue Lizenznehmer erhalten vorhersehbare Qualität, wenn die etablierten Lizenznehmer nicht aktiv sind.

LSA zielt darauf ab, die Nutzung ungenutzter Frequenzbänder zu erhöhen und gleichzeitig Investitionen durch Interferenzschutz zu fördern. Dieses Gleichgewicht ermöglicht die gemeinsame Nutzung für Betreiber, die Planungssicherheit in ihren Netzen benötigen.

Das RSPG-Arbeitsprogramm 2020+ und seine Stellungnahme von 2021 forderten dynamischere Kooperationsversuche und regulatorische Testumgebungen. Die Gruppe empfahl, alle Frequenzbänder als potenzielle Kandidaten für eine gemeinsame Nutzung in Betracht zu ziehen, sofern dies technisch und wirtschaftlich machbar ist.

Technische und betriebliche Herausforderungen der Spektrumsnutzung

Obwohl die gemeinsame Nutzung von Frequenzspektrum überzeugende Vorteile bietet, stehen Betreiber und Regulierungsbehörden vor erheblichen Herausforderungen bei deren zuverlässiger Umsetzung. Die Berücksichtigung dieser Herausforderungen hilft den Beteiligten, realistische Implementierungen zu planen.

Interferenzmanagement

Die Bewältigung von Interferenzen in dichten Netzumgebungen stellt die grundlegendste technische Herausforderung dar. Wenn mehrere Technologien – LTE, 5G NR, Wi-Fi und feste drahtlose Verbindungen – in überlappenden oder benachbarten Frequenzbändern arbeiten, ist eine sorgfältige Koordination unerlässlich.

Die grenzüberschreitende Koordination stellt in Europa eine zusätzliche Herausforderung dar, da Signale nicht an nationalen Grenzen haltmachen. Betreiber in Grenznähe müssen sich mit ihren Partnern in Nachbarländern abstimmen, was die Netzwerkplanung und -optimierung komplexer gestaltet.

Geräte- und Netzwerkkomplexität

Moderne Spektrumsnutzung erfordert hochentwickelte Geräte:

Multiband- und Multi-RAT-Chipsätze, die DSS, CBRS, LAA und andere Sharing-Technologien unterstützen.
HF-Frontends mit der Fähigkeit zu schnellem Frequenzwechsel
Firmware, die Sharing-Protokolle korrekt implementiert

Netzwerkseitig wird die RAN-Planung komplexer, wenn das Spektrum dynamisch geteilt wird. Optimierungstools müssen variable Zugriffsbedingungen berücksichtigen, und Überwachungssysteme benötigen Einblick in das Nutzungsverhalten im gesamten Netzwerk.

Regulatorische und wirtschaftliche Überlegungen

Unsicherheit bezüglich des Frequenzzugangs kann die langfristige Geschäftsplanung erschweren. Ein Betreiber, der eine zehnjährige Infrastrukturinvestition plant, benötigt planbare Zugriffsrechte. Gemeinsam genutzte Frequenzbänder, insbesondere solche mit vorrangigem Zugriff durch etablierte Nutzer, bringen Variablen mit sich, die durch Exklusivlizenzen vermieden werden.

Die Gestaltung von Anreizsystemen, die die gemeinsame Nutzung von Frequenzen durch etablierte Anbieter mit neuen Marktteilnehmern fördern, bleibt eine Herausforderung. Gebührenmodelle müssen ein Gleichgewicht zwischen Einnahmengenerierung und effizienter Frequenznutzung herstellen. Verschiedene Ansätze – Auktionen, administrative Preisgestaltung oder Hybridmodelle – bringen jeweils Vor- und Nachteile mit sich.

Koordinierungsprobleme in der Praxis

Frühe CBRS-Einsätze stießen auf praktische Koordinierungsherausforderungen. Um sicherzustellen, dass SAS-Anbieter den Betrieb von Marineradaranlagen korrekt schützten und gleichzeitig den kommerziellen Zugang maximierten, waren umfangreiche Tests und Optimierungen erforderlich. Auch die Abstimmung der DSS-Systeme zwischen den Betreibern, bei der benachbarte Zellen ihre Einsatzplanung koordinieren müssen, erforderte eine sorgfältige Optimierung.

Diese Herausforderungen sind bewältigbar, erfordern aber kontinuierliche Investitionen in Werkzeuge, Fachwissen und die Zusammenarbeit innerhalb des gesamten Ökosystems.

Zukunftsaussichten für die Spektrumsnutzung

Zukünftig wird sich die Spektrumteilung von einer Spezialtechnik zu einem gängigen Verfahren für die Verwaltung von Funkressourcen entwickeln. Mehrere Trends werden diese Entwicklung prägen.

Technologische Entwicklung

5G-Advanced (3GPP Release 18 und höher) bietet erweiterte Funktionen für die Spektrumsnutzung, darunter ein verbessertes Interferenzmanagement und flexiblere Trägerkonfigurationen. Die Forschung zu 6G , die für Ende der 2020er und in den 2030er Jahren erwartet wird, berücksichtigt die Spektrumsnutzung explizit als grundlegendes Designprinzip.

Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen werden im dynamischen Spektrummanagement eine zunehmend wichtige Rolle spielen. Prädiktive Algorithmen können Interferenzmuster antizipieren, die Frequenznutzung in Echtzeit optimieren und eine aggressivere Spektrumsnutzung ohne Qualitätseinbußen ermöglichen.

Cloud-native RAN- und Open-RAN-Architekturen bieten die nötige Flexibilität für innovative Sharing-Vereinbarungen. Softwaredefinierte Netzwerke können Sharing-Richtlinien dynamisch implementieren und sich so schneller an veränderte Bedingungen anpassen als herkömmliche hardwarezentrierte Ansätze.

Politik- und Forschungsrichtungen

Die RSPG und CEPT fördern weiterhin länderübergreifende Pilotprojekte zur dynamischen Frequenznutzung, um die Datengrundlage für einen breiteren Einsatz zu schaffen. Studien zur gemeinsamen Nutzung höherer Frequenzbänder – oberhalb von 24 GHz – und im 6-GHz-Band, wo IMT- und Wi-Fi-Anforderungen konkurrieren, werden die zukünftige Frequenzzuweisung prägen.

Durch harmonisierte Vorgehensweisen in allen Märkten werden die Vorteile der gemeinsamen Spektrumnutzung maximiert, indem einheitliche Geräte-Ökosysteme ermöglicht und die Fragmentierung verringert wird.

Auswirkungen auf die Branche

Private 5G-Netze werden sich rasant verbreiten, da die gemeinsame Nutzung von Frequenzspektrum die Markteintrittsbarrieren senkt. Produktionsstätten, Logistikzentren, Gesundheitseinrichtungen und Energieinfrastrukturen werden dedizierte drahtlose Systeme einsetzen, die CBRS, lokale Lizenzen oder ähnliche Rahmenbedingungen nutzen.

Neutrale Netze werden die Konnektivität in Gebäuden, auf Campusgeländen und an Verkehrsknotenpunkten revolutionieren. Modelle zur gemeinsamen Spektrumnutzung ermöglichen Geschäftsmodelle, die mit exklusiven Lizenzen nicht realisierbar sind, und verbessern die Netzabdeckung in unterversorgten Gebieten sowie die Kundenzufriedenheit.

Die Koexistenz von Satelliten und terrestrischen Systemen stellt ein neues Forschungsfeld dar, wobei Systeme wie Starlink den Betrieb in Frequenzbändern erforschen, die traditionell für terrestrische Dienste reserviert sind.

Ein Standardwerkzeug für die Zukunft

Die gemeinsame Nutzung von Frequenzspektrum entwickelt sich von einem Nischenkonzept zu einem unverzichtbaren Instrument zur optimalen Ausnutzung begrenzter Funkressourcen. Prognosen zufolge könnte bis 2030 die Hälfte aller neuen Frequenzzuweisungen irgendeine Form der gemeinsamen Nutzung beinhalten.

Der Erfolg erfordert eine kontinuierliche Abstimmung zwischen technologischer Entwicklung, regulatorischen Rahmenbedingungen und Ökosystementwicklung. Akteure, die die gemeinsame Nutzung von Frequenzspektrum heute verstehen und befürworten, werden am besten positioniert sein, um eine führende Rolle einzunehmen, wenn diese Modelle zum Standard werden.

Ob Sie als Netzbetreiber Ihre 5G-Strategie planen, als Unternehmen private drahtlose Lösungen in Betracht ziehen oder als Regulierungsbehörde Richtlinien gestalten – die gemeinsame Nutzung des Frequenzspektrums bietet flexible und effiziente Wege, um der wachsenden Nachfrage nach Konnektivität gerecht zu werden und gleichzeitig die physikalischen Grenzen des elektromagnetischen Spektrums zu respektieren.