Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/10419/334507 
Year of Publication: 
2025
Series/Report no.: 
WIK Diskussionsbeitrag No. 545
Publisher: 
WIK Wissenschaftliches Institut für Infrastruktur und Kommunikationsdienste, Bad Honnef
Abstract: 
Mobilfunknetze müssen sich immer wieder veränderten Nutzungsbedürfnissen anpassen, da sie mit knappen Frequenzressourcen arbeiten. Im Vordergrund steht dabei primär das ständig steigende Datenvolumen, dann aber auch die sich ändernden Qualitätsanforderungen, insbesondere in Bezug auf Signallaufzeiten und Zuverlässigkeit der Übertragung. Diese werden wesentlich in den Funkzugangsnetzen (RAN) bestimmt, die ca. 50 % des Energieverbrauchs der Mobilfunknetze benötigen. Daher konzentriert sich diese Studie auf dieses Netzsegment. Die Anpassung der Mobilfunknetze erfolgt einerseits durch den Einsatz neuer Funkschnittstellen, neuer und leistungsfähigerer Codierungsverfahren, neuer Antennentechniken und zusätzlicher neuer Frequenzbänder in höheren Frequenzlagen. Höhere Frequenzlagen (Trägerfrequenzen) haben jedoch andere, i.d.R. beschränktere Ausbreitungscharakteristika bzgl. Reichweite, Störungsempfindlichkeit und Umgehung/Penetration von Sichtbehinderungen, wie z. B. Geländestrukturen, Bäume oder Gebäude. Die neuen Technologien und die neuen Frequenzressourcen bieten erhebliche Bandbreitenverbesserungen und übertragen den Verkehr effizienter. Sie bieten durch die neuen Codierungen und Antennentechniken deutlich mehr Kapazität zur Datenübertragung, aber natürlich haben sie auch einen anderen Energiebedarf. Ein Kernproblem in Mobilfunknetzen ist die Grundlast im RAN, d.h. die permanente Sende- und Empfangsbereitschaft, wegen der das RAN in Niederlastzeiten nicht vollständig abgeschaltet werden kann. Hier gab es mit der 5G Funkschnittstelle deutliche Fortschritte. Die Studie beschreibt auf der Basis von Erfahrungen aus der Modellierung des Energieverbrauches in bestehenden Mobilfunknetzen die Zusammenhänge von Nutzerbedarfsveränderungen und Energieverbrauch, unter Einbeziehung neuer, energieeffizienterer Technologien und neuer Frequenzen, bis hin zur Wirkung von Funkzellverdichtungen. Dabei wird gezeigt, dass das Datenvolumen nur ein eingeschränkt geeigneter Proxy für die Prognose des Energieverbrauchs von Funkzugangsnetzen ist. Im Ergebnis bleibt die Perspektive, dass der Energieverbrauch der Mobilfunknetze angesichts der stark wachsenden Nachfrage und trotz einer deutlichen Steigerung der Energieeffizienz der Netztechnologien, sichtbar ansteigen wird. Dem kann weiterhin begegnet werden, indem ergänzend zu den Mobilfunknetzen, insbesondere in Gebäuden, das Zusammenspiel von Smartphones durch Mobile-Offloading über Wi-Fi in Glasfaserfestnetze weiter ausgebaut wird und so die Mobilfunknetze entlastet werden.
Abstract (Translated): 
Mobile telecommunication networks must be adapted to changing user demand in a frequent manner, because they rely on scarce frequency resources. In the fore is the permanently increasing data volume per user, but next comes the increasing quality demand, especially regarding the latency and reliability of the transmission. All will be dominantly determined by the Radio Access Networks (RAN). The RAN consumes approximately 50 % of the power consumption of the mobile networks. Thus, this study concentrates on this important network segment. The adaption on the increasing demand will be taken care off by introducing new radio interfaces with new and more powerful coding methods, new antenna techniques, additional frequency blocks in higher frequency spaces. Higher frequency spaces (bearer frequencies) have different typically more restricted emission characteristics regarding reach, noise susceptibility and surrounding/ penetration of walls, line of sight interruptions, by landscape/ surface, trees/ forests or buildings. The new technologies and frequency resources offer significant bandwidth improvements and transmit traffic more efficiently. By new coding and new antenna techniques they offer significantly higher data transmission capacity. But of course, they have a different power consumption demand. A mobile radio network's core problem is the basic power demand for being always on to send or receive transmissions, thus the RAN cannot be switched off completely. 5G new radio improves this situation by allowing to switch-off frequency blocks completely, if at least some blocks remain ready to operate for sensing and activating on demand. Based on experience on modelling energy demand in existing mobile networks the study describes the interdependencies of changing user demand and power demand, taking into account new and more energy efficient technologies and new frequency blocks up to radio cell densification This shows that data volume is only a limited proxy for forecasting the energy consumption of wireless access networks. As a result, the view remains that the total power consumption of mobile networks will increase significantly due to strong demand, which exceeds the substantial increase in the energy efficiency of telecommunications network elements. One can counteract these effects by improving the inhome/indoor interaction of smartphones and Wi-Fi access points for mobile off-loading, thus relaxing the mobile network load.
Subjects: 
Telefonnetz
Energieeinsparung
Telekommunikationsnetz
Konsumentenverhalten
Telekommunikationspreis
Document Type: 
Working Paper

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