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Der Spectrum Crunch, der nicht war
Winzige Sender, gemeinsame Nutzung von Frequenzen und neue Technologien zur Informationscodierung versprechen, die drahtlose Datenkapazität über Jahre hinweg zu erhöhen. 26. November 2012
Schauen Sie sich beim nächsten Ballspiel oder Konzert um, das Sie besuchen. Sie werden sehen, wie Tausende von Fans Fotos und Videos knipsen und diese per E-Mail an Freunde senden. Diese Armeen von Smartphone-Besitzern – und ihre Tablet-tragenden Brüder – tragen zu einem bemerkenswerten Anstieg der drahtlosen Datennutzung bei: Cisco Systems schätzt, dass der mobile Datenverkehr bis 2016 um den Faktor 18 wachsen wird, und Bell Labs prognostiziert einen Anstieg um ein Faktor 25. Intuitiv gibt es ein Problem: All diese Fotos und Videos gehen über den Äther. Doch nur wenige Abschnitte oder Bänder im Spektrum der Funkfrequenzen stehen den Mobilfunkanbietern zur Verfügung, die Milliarden von Dollar dafür bezahlt haben. Wesentlich mehr Frequenzen sind für andere Zwecke reserviert, von Fernsehen und Radio bis hin zu Luftfahrt- und Militäranwendungen. Der Datenverkehr wächst so schnell, dass die Netzbetreiber Nutzungsbeschränkungen auferlegt und die Preise erhöht haben. Sicherlich müssen diese beiden grundlegenden Realitäten – explodierende Datennutzung einerseits, begrenzte Frequenzbänder andererseits – bedeuten, dass uns bald die Funkwellen für unsere Geräte ausgehen werden, oder?
Das hat der Vorsitzende der US-amerikanischen Federal Communications Commission, Julius Genachowski, erst vor zwei Jahren vorgeschlagen. Er sagte, die US-amerikanische Mobilfunkindustrie müsse dringend nicht genutzte Teile des Spektrums in die Hände bekommen, die von Regierungsbehörden oder Fernsehsendern kontrolliert werden. Andernfalls würden Mobilfunkunternehmen feststellen, dass die Nachfrage nach ihren Diensten ihre Fähigkeit, diese bereitzustellen, übersteigen würde. Wenn wir angesichts der drohenden Frequenzknappheit nichts unternehmen, werden viele Verbraucher mit höheren Preisen konfrontiert, da der Markt gezwungen ist, auf Angebot und Nachfrage zu reagieren, erklärte er. In ähnlicher Weise sagte ein leitender Angestellter von AT&T, Jim Cicconi, dass der Bedarf an mehr Spektrum ein branchenweites Problem und Problem sei.
Diese Geschichte war Teil unserer Januar-Ausgabe 2013
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Aber diese Behauptungen waren verfrüht. Zum einen würden Spektrum-Crunches – die Nutzung von Mobiltelefonen, die die verfügbaren Funkfrequenzen überfordert – an ganz bestimmten Orten und zu bestimmten Zeiten auftreten. Manchmal können alternative Strategien diese lokalisierten Probleme vollständig lösen.
Schauen Sie sich zum Beispiel in diesem Stadion um und Sie werden wahrscheinlich Milchkartons in den Dachsparren finden. Dies sind Wi-Fi-Empfänger mit kurzer Reichweite, die auf nicht lizenzierten Teilen des Funkspektrums betrieben werden. Ihr Telefon kann Daten über sie senden, anstatt über die Mobilfunkfrequenzen mit großer Reichweite. Die Wi-Fi-Boxen wischen alle von Ihnen gesendeten Daten auf und leiten sie über eine kabelgebundene Internetverbindung aus dem Stadion. Die von Ihnen und fast allen anderen im Stadion gesendeten Daten berühren also nicht das kostbare Spektrum, von dem die Mobilfunkanbieter behaupten, dass es knapp wird. Dieser clevere Trick ist nur ein Beispiel für neue Strategien und Technologien, die zum Tragen kommen können.
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Das gesamte Spektrumsystem wird ineffizient verwaltet. Ein kürzlich an das Weiße Haus gerichteter Beratungsbericht machte dies deutlich genug, und er betonte, dass eine breitere gemeinsame Nutzung von Funkfrequenzen – anstatt jedes Band an eine begrenzte Gruppe von Benutzern zu verteilen – die drahtlose Kapazität um den Faktor Tausend erhöhen könnte. So bleiben beispielsweise viele Bereiche des Äthers, die für TV-Sender und Bundesbehörden reserviert sind, ungenutzt. Das liegt zum Teil daran, dass es in manchen Regionen nur drei lokale TV-Kanäle gibt und niemand das restliche Spektrum für TV-Sendungen benötigt. Oder ein militärisches Waffensystem, das in San Diego das Spektrum verschlingt, verwendet in New York wenig oder gar nichts. Wir haben weniger eine Spektrumskrise als vielmehr eine Spektrumspolitik-Krise, sagt David Tennenhouse, Microsofts Vizepräsident für Technologiepolitik und ehemaliger MIT-Professor und Intel-Manager. Der sogenannte „Spektrum-Crunch“ spiegelt tatsächlich die künstliche Spektrumsknappheit wider.
Um diese künstliche Knappheit genauer zu dokumentieren, hat sein Unternehmen ein Projekt namens Microsoft Spectrum Observatory gestartet, um zu messen, wo und wann Funkfrequenzbänder tatsächlich genutzt werden, beginnend in Washington, D.C., Seattle und Redmond, Washington. Tennenhouse hofft, dass dies der erste Schritt in einer viel umfassenderen Datensammlung ist, die zu einer intelligenteren Frequenzregulierung führt. Er verweist auf den überwältigenden Erfolg von Wi-Fi, das nur kurze Reichweiten abdeckt und auf offenen, nicht lizenzierten Frequenzen funktioniert, und fügt hinzu: Die Herausforderung besteht nun darin, diese nachgewiesenen Erfolge auszuweiten, um einen breiteren Breitbandzugang mit anderen nicht ausgelasteten Teilen des Spektrums zu ermöglichen.
Einige frühe Bemühungen um die gemeinsame Nutzung von Frequenzen haben begonnen. Beispielsweise können einige Fernsehkanäle, die in einem bestimmten geografischen Gebiet ungenutzt bleiben, die als weiße Räume bezeichnet werden, jetzt von anderen Geräten verwendet werden. Und im Dezember empfahl die FCC, Forschern und Unternehmen Zugang zu Frequenzen zu gewähren, die für Radarsysteme reserviert sind.
Viele weitere Funkwellen könnten schließlich mit Hilfe von kognitiven Funkgeräten geteilt werden, die verfügbare Frequenzen erkennen und in Millisekunden zwischen ihnen wechseln, um Interferenzen mit anderen Geräten zu vermeiden. An der University of Colorado laufen einige der ersten Outdoor-Tests. Andere Gruppen, darunter Virginia Tech, die University of California, Berkeley und Rutgers, arbeiten ebenfalls an der Technologie. Allerdings erlauben starre Regulierungen zumindest vorerst keinen breiten Einsatz flexibler Technologien wie Cognitive Radio.
Es ist nicht so, dass das gesamte Thema eines Spektrums-Crunchs ein Ablenkungsmanöver ist. Funkfrequenzen sind eine begrenzte Ressource, und einige Bänder sind für die Fernkommunikation nicht gut geeignet. Mobilfunkanbieter können nicht endlos neue Basisstationen installieren, diese Türme auf Bürogebäuden oder Hügeln (manchmal als Bäume getarnt), weil die Signale irgendwann die Signale anderer Stationen stören würden. Sender und Empfänger mit kürzerer Reichweite, die dedizierte Mobilfunkfrequenzen verwenden – sogenannte Small Cells – können jedoch bereits Versorgungslücken schließen. Die kleinsten davon, sogenannte Femtozellen, können bis zu 200 US-Dollar kosten und einen klaren Service in Wohnungen und Büros bieten, während sie die Last von großen Basisstationen fernhalten, ähnlich wie diese Wi-Fi-Gadgets in den Stadionsparren. Small Cells sind derzeit das heißeste Ding in der drahtlosen Industrie, sagt Jeff Reed, Direktor des drahtlosen Forschungslabors an der Virginia Tech.
John Donovan, ein Executive Vice President von AT&T, sagte in diesem Herbst, dass das Unternehmen zwar zusätzliche Frequenzrechte gekauft habe und noch mehr wolle, die unmittelbare Krise jedoch vorüber sei und dass die Hälfte des neuen Bedarfs bis 2015 durch Small Cells gedeckt werde. Solche Technologien haben sich viel stärker entwickelt als erwartet. Wenn Sie vor ein paar Jahren hinschauen, würden Sie sagen, dass wir jetzt außerhalb des Spektrums sind, sagt Vanu Bose, Gründer von Vanu, einem Unternehmen für drahtlose Kommunikation in Cambridge, Massachusetts. Bose war zusammen mit Reed technischer Berater für den Bericht des Weißen Hauses. Es gebe viele Möglichkeiten, die Nachfrage zu befriedigen, sagt er. Das Hinzufügen von Spektrum [für kommerzielle Dienste] gehört sicherlich dazu, ebenso wie Small Cells, alternative Auslagerungstechnologien und Innovationen, an die wir noch nicht einmal gedacht haben.
Schließlich könnten neue Technologien Äther frei machen, indem sie drahtlose Datenübertragungen viel schneller machen. MIT-Forscher haben beispielsweise gezeigt, dass es möglich ist, den Umfang der Hin- und Her-Kommunikation zu reduzieren, der erforderlich ist, um mit verlorenen Datenpaketen umzugehen. Obwohl es noch einige Jahre dauern kann, bis die Technik weit verbreitet ist, zeigen Labordemonstrationen, dass sie die Kapazität verzehnfachen könnte. Das bedeutet, dass Sie Ihr Video 10 Mal schneller herunterladen können als jetzt, wodurch das Netzwerk viel früher für andere Benutzer freigegeben wird.
Können neue Technologien also einen Spektrumsmangel für immer verhindern? Vielleicht nicht, aber Microsofts Tennenhouse sagt, dass jahrzehntelange Forschungsfortschritte darauf warten, auf das Problem angewendet zu werden: Im Moment haben wir einen Rückstand von 15 bis 20 Jahren an neuen Technologien und Architekturen … der uns weit in die Zukunft führen kann .
Diese Geschichte wurde am 2. Januar 2013 aktualisiert.