Wie funktioniert eigentlich eine 5G-Antenne?

Seltene Einblicke: Ein Spezialist der Telekom öffnet eine 5G-Antenne für uns und erklärt, was darin zu sehen ist.

Alle Welt redet von 5G. Und seit dem Abschluss der Frequenzauktion der Bundesnetzagentur steigt auch in Deutschland die Vorfreude aufs künftige superschnelle Mobilfunknetz, das ganze 4K-Kinofilme in wenigen Sekunden aufs Smartphone bringt - und das für den autonomen Straßen- oder Flugverkehr von morgen völlig neue Möglichkeiten bietet.

Aber wie funktioniert 5G eigentlich technisch? Was steckt dahinter? Und wie sieht eine der neuen 5G-Mobilfunkantennen aus, die die Telekom bald auf Masten in ganz Deutschland bringt?

Frank Schäfer, Technik-Versteher und Antennen-Spezialist bei der Telekom, erklärt es - mit fünf Fragen und fünf Antworten zur 5G-Antenne.

Wie sieht eine 5G-Antenne aus?

Frank Schäfer zeigt uns einen grauen Kasten des schwedischen Netzwerkausrüsters Ericsson, der deutlich kürzer und kompakter aussieht als die bisher gewohnten 4G-Antennen fürs LTE-Netz. Darin verstecken sich nicht eine, nicht zehn oder 20 Antennen - sondern sage und schreibe 64 einzelne Antennen. Experten sprechen bei diesem Mehrantennen-Verfahren von "Massive MIMO" (Multiple Input, Multiple Output).

Bei den modernsten LTE-Sendeanlagen sorgen vier Antennen an einer Basisstation dafür, dass in der Summe mehr Daten übertragen werden können - bei der neuen 5G-Antenne sind es 64! Und weil diese Antennen extrem klein sind, erklärt Frank Schäfer, ist der ganze Kasten "auch nicht so groß wie die Antennen, die man bisher kennt". Dafür ist er um einiges schwerer. Der Telekom-Techniker verrät, warum: "Bei dieser aktiven Antenne ist die Systemtechnik schon mit drin, die wir bei passiven Antennen unten am Mast befestigen."

Aktive Antenne, passive Antenne - was ist der Unterschied?

Aktive Antenne: Das bedeutet, dass das Radiomodul bereits in der Antenne verbaut ist. Experten wie Frank Schäfer sprechen hier vom "Remote Radio Head" (RRH) - was nichts mit der englischen Alternative-Rock-Band Radiohead ("Creep") zu tun hat, sondern für die Systemtechnik der Mobilfunkanlage steht, die zum Beispiel optische in elektrische Signale umwandelt, oder anders herum, und die die Signale für die Antenne verstärkt.

Techniker Schäfer erklärt, wie das bisher bei LTE in einer passiven Antenne funktioniert hat: "Hier sind die Radiomodule über Koaxialkabel mit der Antenne verbunden." Das funktioniert mit ein bis vier Antennen problemlos - aber nicht mehr mit 64! Den daraus entstehenden "Koaxialkabelsalat" kann sich auch der Laie bildlich vorstellen. Frank Schäfer erklärt, was dabei das entscheidende Problem ist: "Dabei wäre die Dämpfung enorm. Und deshalb sitzen hier die verschiedenen Radiomodule direkt hinter den Antennen."

Um was geht es bei der Dämpfung?

Hier kommt die Physik ins Spiel. Denn je länger so ein dickes Koaxialkabel ist, desto stärker wird das Signal gedämpft. Techniker Frank Schäfer weiß, was das bedeutet: "Wenn wir einen langen Kabelweg haben, haben wir eine höhere Dämpfung, also einen höheren Verlust. Damit kommt weniger Leistung an der Antenne an, und wir können insgesamt nicht so weit ausstrahlen. Da zählt jeder Zentimeter, den man einsparen kann."

Und weil das Signal, das ein Handy ausstrahlt, ohnehin nur relativ schwach ist, ist es bei den 5G-Antennen ideal, wenn die Radiomodule und die Antennen direkt nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuse sitzen. So wird die Sende- und Empfangsleistung komplett ausgenutzt - quasi auf dem "kurzen Amtsweg".

Was passiert im Inneren der 5G-Antenne?

Wer das Gehäuse - nur ausnahmsweise und mit ausdrücklicher Genehmigung von Hersteller Ericsson - öffnen darf, findet nach dem Lösen zahlloser Schrauben innen tatsächlich 64 silberne Scheiben, die in acht Achter-Reihen wie die Soldaten nebeneinander stehen. Das sind die 64 einzelnen Antennen, die sich zwar nicht bewegen lassen. Trotzdem, weiß Antennenexperte Schäfer, "ist es möglich, den Beam, also das Signal, zu schwenken, und damit genau den Kunden zu erreichen". Dieses Schwenken in verschiedene Richtungen nennen Experten "Beamforming", also das Formen von Strahlen.

Das funktioniert nicht mechanisch, sondern durch so genannte Phasenverschiebung. Dabei werden die Funkwellen leicht versetzt ausgestrahlt. Und je nachdem, wo und wie sie aufeinandertreffen, ändert sich die Richtung, in die sie strahlen. "Das ist wie bei zwei Steinen, die man ins Wasser wirft", erklärt Frank Schäfer. "Die beiden Wellenkreise, die sich um diese Steine bilden, breiten sich aus und treffen irgendwann aufeinander."

Je nach Stärke und Richtung der Wellen ergeben sich dann neue, andere Wellen. Und nach dem gleichen Prinzip werden auch die Signale der Mobilfunkantennen gesteuert, die künftig bei 5G für neue Rekordgeschwindigkeiten im Mobilfunknetz sorgen. Die eigentlichen Antennen nehmen rund 60 Prozent des Platzes im Gehäuse ein. Den Rest teilen sich Systemtechnik, Stromanschluss, Datenschnittstellen und Kühlung.

Müssen jetzt alle bisherigen 4G-Antennen ausgetauscht werden?

Nein, so ein radikaler Neuanfang ist gar nicht nötig. An vielen Standorten werden einfach 5G-Antennen zur bisherigen Technik dazu gebaut. Und die vielen passiven Antennen, die die Telekom in den letzten Jahren überall in Deutschland installiert hat, funktionieren künftig auch mit 5G. Denn ob 4G oder 5G - darüber entscheidet nicht die eigentliche Antenne, sondern das damit verbundene Radiomodul.

"Den Antennen ist die Technik egal, die dahintersteckt", erklärt Frank Schäfer, der "Mr. Antenne" der Telekom. "Nur das Radiomodul müssen wir im Zweifel austauschen oder mit einem Software-Update auf 5G bringen." Und dann senden die Antennen auch künftig kein "Radio Gaga" oder "Radio Blabla", wie einst bei Queen - sondern hochmoderne, pfeilschnelle 5G-Mobilfunksignale.

Alle Einblicke in die 5G-Antenne im Video