Das Schaubild aus einer Unternehmenspräsentation der amerikanischen Firma Keysight verdeutlicht die Technik des „beamforming“ und zeigt zugleich, dass zur Optimierung der Verfahren und Geräte aufwändige Testverfahren notwendig sind. (Bild: Keysight)

Autor: Jürgen Brückner

Welche Antennentechnologie braucht 5G? Jürgen Brückner von der Frankfurter Vermögen betreibt Aufklärung zu 5G-Anwendungen und stellt im ersten Teil seines Beitrages zunächst den Zusammenhang und die Komplexität des neuen mobilen Internets dar. Interessant ist die Ableitung daraus, welche Gründe es gibt, hier zu investieren.

Bei dem neuen mobilen Internet 5G handelt es sich nicht einfach um ein schnelleres Internet, sondern um eine teilweise völlig neue Infrastruktur und Architektur des Internets (z.B. die Umstellung der Infrastruktur auf Paketvermittlung). Sie stellt die Software, Hardware (z.B. Komponenten mit geringerem Stromverbrauch) und Cybersecurity vor neue Herausforderungen. Hierzu sind nicht nur revolutionäre neue technologische Entwicklungen nötig, sondern auch neue internationale Standards und regulatorische Anforderungen, die diese Entwicklung erst ermöglichen werden. Wichtige Zielgrößen für 5G sind insbesondere eine geringe Latenz (Echtzeit-Reaktionsfähigkeit), ultraschnelle Datenraten und eine hohe Energieeffizienz sowie eine hohe Skalierbarkeit.

Anzeige
-

Zur Erreichung dieser Ziele sind Veränderungen auf vielen Ebenen des Netzes erforderlich. Hierzu zählt nicht nur die Netzwerkarchitektur, die sich u.a. durch eine stärkere Ausrichtung auf Software auszeichnet – NFV (Network Functions Virtualisation) und SDN (Software Defined Networking), sondern auch durch eine veränderte Topologie des Netzwerks sowie eine neue Generation von Bauelementen (Filter, Modem, Antennen, Verstärker, etc.).

Neue Sphären in der Funkübertragung mit 5G

Aufgrund der starken Saturierung des Netzes war eine Ausweitung des bisherigen Frequenzspektrums erforderlich bis hinein in den GHz-Bereich (bzw. mm-Bereich bei der Wellenlänge). Da die Frequenz umgekehrt proportional zur Wellenlänge ist, bedeutet das höhere Frequenzband den Vorstoß in Wellenlängen im mm-Bereich. In diesem Frequenzbereich bzw. Wellenlängenbereich ändern sich jedoch die physikalischen Eigenschaften der Welle und die gesamte Architektur der Funkübertragungstechnik muss angepasst werden. Wellenlängen im mm-Bereich haben z.B. eine geringere Übertragungslänge (100te von Metern und nicht Kilometer) und außerdem durchdringen sie schlechter Hindernisse wie z.B. Gebäude oder die Hand am Smartphone. Auch die Absorptionsverluste z.B. durch Regen nehmen bei hohen Frequenzen zu.

Zur Lösung dieser Probleme wird sowohl das Endgerät als auch das Netzwerk mit einer vollkommen neuen Antennenstruktur ausgestattet. Bei den Sendemasten wird die Technik des „massive MIMO“ eingesetzt. Bei „massive MIMO“ werden teilweise mehrere Hundert Antennenelemente phasen-synchronisiert, so dass ein stark gebündeltes Signal entsteht (sogenanntes adaptives Beamforming), das direkt auf den Nutzer ausgerichtet wird, um die Übertragungsverluste und Interferenz zu minimieren.

Phased-Array-Antenne als 5G-Pendant

Eine der Herausforderungen dieser Technik besteht darin, über eine energiesparende Methode zu gewährleisten, dass das Signal immer dem Nutzer folgt (deshalb auch der Zusatz in der Bezeichnung „adaptiv“). Die geringere Wellenlänge bietet aber auch den Vorteil, dass die Antennenelemente im Endgerät wesentlich kleiner sein können, denn die Antennenlänge verhält sich proportional zur Wellenlänge. Bei der künftigen Generation von Antennen handelt es sich um Antennenelemente, von denen mehrere Hundert Elemente auf einem Array installiert werden können, sogenannte Phased-Array-Antennen. Das besondere an einer derartigen Antenne im Smartphone ist z.B., dass die Sendeenergie allein durch Interferenz (und nicht durch eine mechanische Vorrichtung) in die gewünschte Richtung verstärkt wird, während die unerwünschten Richtungen durch destruktive Interferenz gelöscht werden.

Dies geschieht durch eine schrittweise verzögerte Speisung bzw. Änderung der Frequenzen der Einzelstrahler der Antenne, durch die das Gesamtdiagramm geschwenkt wird. Phased-Array-Antennen sind keine neue Entwicklung (sie werden besonders bei Radaranlagen eingesetzt), neu ist jedoch die Installation von Hunderten von Elementen in Verbindung mit der mm-Wellenlänge. Dies ist nur möglich, weil aufgrund der extrem kleinen Wellenlänge auch extrem kleine Antennenelemente möglich sind.

Die höhere Frequenz hat auch unmittelbare Auswirkungen auf die Bauelemente wie z.B. Verstärker und Filter. Im Kern geht es darum, dass die sich Industrie immer stärker wegwendet von Silizium-Produkten hin zu Produkten auf Basis des Verbindungshalbleiters Galliumnitrid (GaN). GaN verfügt über wesentlich bessere physikalische Eigenschaften aufgrund der größeren Bandlücke. Bauelemente auf Basis von GaN haben auch eine höhere Elektronenmobilität, die sich u.a. in einer besseren Verstärkungseigenschaft bei hohen Frequenzen und einem geringeren Energieverbrauch äußert.

Die 5G-Technologie ist …

… nicht nur aufgrund der neuen komplexen Technologien interessant, sondern auch aufgrund ihrer Einbindung in eine neue Technologiewelt der Zukunft. Daher bietet eine Investition in Unternehmen des 5G Ökosystems den Vorteil, dass viele Unternehmen über eine sehr hohe Markteintrittsbarriere verfügen und daher hohe Margen aufweisen. Die zunehmende Miniaturisierung der Bauteile erhöht die Komplexität, sodass die Firmen oftmals über eine starke Marktstellung verfügen – eine absolut nachhaltige Entwicklung, denn die Verbreitung von 5G steht erst in den Anfängen.

Blickt man für die Aktienauswahl auf den führenden amerikanischen Index S&P 500, so fällt auf, dass der Technologiesektor inzwischen mit ca. 25% das höchste Gewicht hat, was auf die steigende Bedeutung des Technologiesektors in Wirtschaft und Gesellschaft hindeutet. Prägende Trends wie 5G beeinflussen nachhaltig immer mehr Anwendungen, was wiederum die Technologie komplexer und die Vernetzung der Unternehmen immer dichter macht. Anhand des Wikifolio Wertefinder 5G der Frankfurter Vermögen sieht man, dass die Unternehmen, die direkt oder indirekt von der 5G-Entwicklung profitieren, in diesem Jahr um 6,7 % gestiegen sind.

 

(Ende Teil 1 – Hier finden Sie den zweiten Teil des Artikels.)

————-

Zum Autor

Jürgen Brückner

 

Jürgen Brückner ist Portfolio Manager und Mitglied des Aufsichtsrats der Frankfurter Vermögen AG.

Er hat in Deutschland und den USA Wirtschaftswissenschaften studiert und weltweit für verschiedene deutsche Großbanken gearbeitet. Er interessiert sich für neue Technologien und verantwortet den Fonds DigiTrends der Gesellschaft, der dieses Jahr neu aufgelegt wurde. Von ihm stammte auch die Idee der Auflegung des Wertefinder-Technologie-5G-Wikifolios.

 

Zur Frankfurter Vermögen AG

Diese Gesellschaft verwaltet europaweit Gelder für vermögende Privatkunden. In ihrer Eigenschaft als Vermögensverwalter berät sie außerdem zwei international investierende deutsche Publikumsfonds (den Mischfonds DUI Wertefinder und den Aktienfonds DigiTrends) sowie einen spanischen Publikumsfonds (Renta 4 Wertefinder). Bei ihren Anlagen verfolgt die Gesellschaft einen globalen Ansatz. Im Rahmen des Investmentprozesses stützt sich die Gesellschaft stark auf Anlagen in Technologieunternehmen mit einer hohen Markteintrittsbarriere und Firmen der Pharmabranche und Medizintechnik.