Inf.- und Kommunikationstechnik
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Elektrotechnik
Marktchancen für das Elektrohandwerk im Mobilfunksektor
ep5/2001, 4 Seiten
1 Mobilfunkstandards Die Standards für den Mobilfunk werden von verschiedenen Standardisierungsgremien national und international festgelegt, z. B. ETSI in Europa, FCC in Amerika, TTC in Japan. Die technischen Festlegungen sind nicht einheitlich und die zum Einsatz kommenden Systeme untereinander nicht kompatibel. Die Standards weisen insbesondere Unterschiede in Frequenzbereichen, eingesetzten Übertragungsverfahren, funktechnischen Reichweiten, verwendeten Sendeleistungen und möglichen Teilnehmerdichten auf. Im europäischen Raum sind mehrere Mobilfunkstandards, wie GSM, DECT, TETRA, WLL und UMTS von Bedeutung. Diese Lösungen sind für unterschiedliche Einsatzanforderungen geeignet, z. B. öffentlicher Mobilfunk, privater oder Geschäftsbereich sowie Bündelfunk. Die Auktion um die UMTS-Lizenzen brachte dem bundesdeutschen Staatshaushalt 100 Milliarden DM ein. Diese Ausgaben (Tafel ) müssen sich für die Mobilfunk-Netzbetreiber auszahlen. Die Dienstleistung UMTS wird erst nach der Errichtung eines funktionierenden Mobilfunknetzes, das auch das letzte UMTS-Handy einbindet, die gewünschten Gewinne einspielen. Nach der Lizenznahme erfolgt nun der Aufbau der notwendigen Mobilfunkinfrastruktur. Damit ist eine weitere Vorleistung verbunden. Erst das funktionsfähige aktive UMTS-Netz mit einer hinreichend großen Anzahl von UMTS-Teilnehmern kann den finanziellen Rückfluss bringen. Heute erzielen die Mobilfunkausrüster im UMTS-Geschäft die ersten Gewinne. Zu diesen Unternehmen gehören z. B. Ericsson, Nokia, Lucent, Motorola, Nortel, Alcatel, Siemens, Fujitsu und Nec. Der Übergang von der bestehenden Mobilfunktechnologie GSM (Global System for Mobile Communication) zum künftigen UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) stellt für alle Beteiligten eine komplexe Herausforderung dar. 1.1 Unterschiede zwischen GSM und UMTS Beim Mobilfunkstandard GSM wird die menschliche Sprache in digitale Signale umgewandelt und mit Frequenzen im GHz-Bereich (0,9 GHz und 1,8 GHz) übertragen. Die Gespräche von acht Telefonkunden gehen gleichzeitig über einen Frequenzkanal. Jeder der acht Teilnehmer erhält dazu einen Zeitschlitz von rund 600 µs. Das menschliche Ohr des Hörers nimmt die kurzen Pausen, die dabei im übertragenen Signal entstehen, nicht wahr. Die Übertragungsqualität der GSM-Telefongeräte ist für die künftigen Anforderungen nicht ausreichend. Die Übertragungskapazität von 9,6 kBit/s liegt auf dem Niveau der Festnetze von vor etwa zehn Jahren und ist für den heutigen Datenverkehr nicht geeignet. UMTS ist einer von mehreren weltweiten Standards für die dritte Mobilfunkgeneration (3G). Dieser Standard ermöglicht 15 Telefonteilnehmern gleichzeitig auf einer Frequenz zu telefonieren. Von der Basisstation wird jedem Teilnehmer für die Dauer des Gespräches ein persönlicher Schlüsselcode (Spreizsignal) zugeordnet. Über diesen Weg picken sich die Handys aus den vielen anstehenden fremden Telefongesprächen den richtigen Teilnehmer heraus. Durch diese Technik wird der bei GSM noch sehr enge Zeitschlitz vergrößert. Datenraten bis zu 2,4 MBit/s können so realisiert werden. Mit diesen Datenraten sind z. B. Musikübertragungen im MP3-Format und die Übertragung von Videosequenzen, die mit MPEG 4 komprimiert wurden, möglich. Die deutschen UMTS-Lizenznehmer haben sich verpflichtet, bis Ende 2003 einen Versorgungsgrad von 25% und bis Ende 2005 von 50% der Bevölkerung zu gewährleisten. Die Wettbewerbssituation wird diese Zielstellung wohl beschleunigen. Die Forschung zielt für künftige Mobilfunknetze auf fünfzigmal höhere Bandbreiten als heute, Übertragungsgeschwindigkeiten von 20 bis 100 MBit/s und völlig neue, benutzerfreundlichere Endgeräte. Der Mobilfunkmarkt wird mit der immer stärkeren Durchsetzung des Datenverkehrs explodieren. Vorsichtige Schätzungen gehen davon aus, dass das Verhältnis zwischen Sprach- und Datenübertragung, im Jahr 2001 bei 1:1, im Jahr 2020 bei 1:6 liegen wird. Kommunikationstechnik Elektropraktiker, Berlin 55 (2001) 5 387 Tafel Frequenzpakete und Lizenzkosten für UMTS Lizenz- Frequenz- Lizenznehmer pakete kosten in TDM T-Mobil 2 x 5 MHz 16.704.900,- 1 x 5 MHz E-Plus 2 x 5 MHz 16.491.800.,- 1 x 5 MHz Group 3G 2 x 5 MHz 16.568.700,- 1 x 5 MHz Mannesmann 2 x 5 MHz 16.594.800,- Mobilfunk 1 x 5 MHz Gmb H Mobil Com 2 x 5 MHz 16.491.000,- Multimedia 1 x 5 MHz Gmb H Viag Interkom 2 x 5 MHz 16.517.000,- Gmb H & Co. Die UMTS-Lizenzversteigerung am 18.08. 2000 erbrachte 99.368.200.000,- DM. Marktchancen für das Elektrohandwerk im Mobilfunksektor M. Achilles, Berlin Dem Mobilfunksektor werden beste Entwicklungsmöglichkeiten vorausgesagt. Die hohen Erwartungen zeigten sich besonders an den astronomischen Beträgen, um die es bei der Versteigerung der UMTS-Lizenzen ging. Neben diesen Vorleistungen ist eine neue Mobilfunkinfrastruktur erforderlich, die sich von der herkömmlichen unterscheidet. Bei der Errichtung dieser Infrastrukturen ergeben sich für das Elektrohandwerk Möglichkeiten, vorhandene Marktsegmente auszubauen oder neue zu gewinnen. Der Beitrag erläutert diese Möglichkeiten. Dipl.-Ing Michael Achilles ist Mitarbeiter der Firma Huber + Suhner, Berlin. Autor GSM (Global System for Mobile Communication)/2G-Standard Digitale Mobilfunktechnik 900 MHz (D-Netze); 1800 MHz (E-Netze) Einsatzgebiet Europa und Asien Übertragungsrate 9,6 kBit/s, max. 14,4 kBit/s, TDMA-Verfahren. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)/3G-Standard Ablösung des GSM, beide Standards sind nicht kompatibel Weltweites Telefonieren sowie Übertragung von Audio- und Videoprodukten (über WCDMA-Verfahren, Codespreizverfahren) Sende- und Empfangsbereich 1880 bis 2170 MHz Übertragungsrate 2 MBit/s Einsatzbeginn: Europa ab 2002, USA ab 2003. Mobilfunkstandards Info 1.2 Mobilfunk und Internet In Deutschland sind zum heutigen Zeitpunkt die in Tafel aufgeführten Mobilfunklizenzen für den GSM-Standard freigegeben. Die Netzbetreiber erhalten mit dem UMTS-Standard neue Möglichkeiten, Sprach- und Datendienste anzubieten. Zwischen den Lizenznehmern und den Providern sind völlig neue Formen der Zusammenarbeit zu entwickeln. UMTS schafft die Basisfürdie Verschmelzungder Mobilfunknetze mit dem Internet. Die heutigen Möglichkeiten des Internet sind dann mobil vom Handy aus verfügbar. Jeder Mobilfunkteilnehmer erhält mit der Einführung der UMTS-Netze eine eigene IP-Adresse. Das ist die Grundlage dafür, dass er ständig über das Internet erreichbar ist und Internetdienste mobil nutzen kann. Die Abwicklung von Bankgeschäften über das Handy wird dann übertragungstechnisch möglich sein, jedoch muss gleichzeitig die Frage nach der Sicherheit gegen „Mithörer“ gelöst werden. 2 Ansatzpunkte und Aufgaben für das Elektrohandwerk 2.1 Ausgangspunkt GSM-Netzstrukturen Die Mobilfunkbetreiber errichten seit der Einführung des GSM-Standards in Deutschland ihre Netzstrukturen. Die zellulare Bauweise muss sich den funktechnischen und geographischen Bedingungen am Einsatzort anpassen. Dazu gehört nach Festlegung der Ausbaustufen und der zeitlichen Reihenfolge des Standortausbaus die Planung des Funknetzes. Die Funknetzplanung ermittelt die drei günstigsten Standorte für die Antennen. Das Planungsbüro beauftragt einen Akquisiteur, der einen der vorbestimmten Standorte vertraglich für den Aufbau und den Betrieb der Basisstation mit Antennenanlage bindet. Die Funknetzplaner optimieren nach der vertraglichen Bindung die Komponenten für den genauen Einsatz an diesem Standort. Die Antennenparameter, wie Gewinn, Öffnungswinkel, Polarisation, Sektoren, Einstrahlwinkel, werden berechnet und festgelegt. Mit dem Standort der Antenne ist auch der Ort für die Basisstation gegeben. Während in der Vergangenheit als Antennenstandort oft höher gelegene Punkte (Berg, Hochhaus, Turm) bevorzugt wurden, werden heute vorrangig Standorte gewählt, die Versorgungslücken an Konzentrationspunkten (Flughäfen, Messen, Parkhäuser, Inhausversorgung) schließen. Um die Leitungsverluste gering zu halten, sind beide Ausrüstungsteile (Antenne und Basisstation) nahe beieinander zu errichten. Eine weitere Aufgabe der Funknetzplanung ist die Festlegung der einzelnen Funkzellen. Um die Anforderungen bezüglich der Unterdrückung von Gleich- und Nachbarkanal-Interferenzen einzuhalten, dürfen gleiche oder benachbarte Kanäle nur in entfernten Zellen wieder verwendet werden. 2.2 Das Elektrohandwerk ist gefordert Die Mobilfunkbetreiber schließen in der Regel Rahmenvereinbarungen mit den Herstellern von Mobilfunkkomponenten ab. Deren Produkte sind für die Ausführung vorgeschrieben und werden entweder vom Mobilfunkbetreiber gestellt oder die Errichterfirmen beziehen sie direkt vom Hersteller oder Großhändler. Die Mobilfunkbetreiber setzen in den Regionen Errichterfirmen ein, die im Auftrag die spezielle Infrastruktur an genau dem von der Funknetzplanung festgelegten Ort schaffen (Bild ). Diese Aufträge beinhalten oft die unterschiedlichsten Gewerke des Elektro- und des Bauhandwerks. In den letzten Jahren haben sich beim Aufbau der GSM-Netze bereits sehr gute Kooperationsbeziehungen zwischen Netzbetreibern und Errichterfirmen herausgebildet. Mit dem weiteren Ausbau der GSM-Netze, besonders aber mit den ehrgeizigen Plänen zum UMTS-Netz, werden Kleinbetriebe und Handwerksunternehmen der Elektro- und Nachrichtentechnik bei der Errichtung von Mobilfunk-Netzstrukturen neue Schwerpunkte für ihr unternehmerisches Wirken suchen und finden. Die komplexen Aufgabenstellungen können von den Elektrofirmen auf individuelle Weise gelöst werden. Die fachlichen Möglichkeiten jeder Firma entscheiden über die Aktivitäten und Erfolgschancen im Mobilfunkmarkt. Die direkte Zusammenarbeit mit den Mobilfunk-Netzbetreibern ist aus heutiger Sicht unter der Bedingung möglich, dass auf die unterschiedlichen gewerkeübergreifenden Ausschreibungen mit Komplettangeboten reagiert werden kann. Der Weg für den traditionellen Elektrohandwerksbetrieb führt jedoch eher über eine Zusammenarbeit mit etablierten Errichterfirmen in den Hauptgewerken Elektro, Blitzschutz und Antennenzuleitung. 2.3 Basisstation und Antenne Das Basisstationssystem (BSS) ist eine Übertragungseinrichtung für eine Funkzone. Sie verbindet die mobilen Stationen (Handys) mit der vermittlungstechnischen Kommunikationstechnik Elektropraktiker, Berlin 55 (2001) 5 388 Betreiber Netz Basisfrequenz Standard in Betrieb seit T-Mobil D-1 900 MHz digital 1992 Vodafone D-2 900 MHz digital 1992 E-Plus E-plus 1.800 MHz digital 1994 Viag Interkom E-2 1.800 MHz digital 1998 Antennenfuß in Gittermastausführung - die Vorvermittlungskomponenten und Versorgungseinrichtungen sind in Containern direkt am Antennenfuß installiert. Die kurzen Antennenzuleitungen halten die Kabeldämpfungen gering. Schematischer Aufbau einer Mobilfunkstation mit BTS, Antennenmast, Antennen und Verbindungskabeln - in diesem Bereich liegen die Aufgaben des Errichters bzw. des Elektrohandwerkers (Quelle: Huber + Suhner) Tafel Mobilfunklizenzen für den GSM-Standard Einrichtung und führt die funkgestützten Funktionen aus. In der Basisstation sind die funktechnische Ausrüstung mit Antennenvorrichtungen sowie Vorvermittlungskomponenten untergebracht (Bild ). Die BSS übernimmt die meisten funktechnischen Managementaufgaben für einen bestimmten geographischen Bereich. Die Steuerung erfolgt durch den Base Station Controller. Die Station kann eine oder mehrere Funkzellen versorgen. Bei letzterem ist sie aus mehreren Basisübertragungssstationen (BTS - Basis Transmission Station) aufgebaut. Die BTS ist eine funktechnische Einrichtung, einschließlich Sende- und Empfangsantenne, zur Kommunikation auf den Funkkanälen. Eine BTS kann eine Funkzelle (über Rundstrahler) oder mehreren (über Richtantennen) versorgen (Bild ). So kann eine BTS aus einem oder mehreren Transceivern (Transmitter und Receiver, Übertrager und Empfänger) aufgebaut sein. Die BTS ist in der Regel als Stand-alone-Vorrichtung konzipiert und wird abgesetzt installiert. Der modulare Aufbau ermöglicht die Anpassung an andere Frequenzen. Eine Mikro-BTS hat eine kleine Reichweite und soll dementsprechend in Herstellung bzw. Anschaffung kostengünstig sein. Zu den BTS-Funktionen gehören: Senden, Empfangen, Codieren, Übertragungsratenanpassung und Teile der Funkkanal-Verwaltung. 2.4 Dienstleister und Errichterfirmen Jeder Netzbetreiber und jedes Projekt stellt neue und spezifische Aufgabenstellungen an seinen Dienstleister. Der Dienstleister übernimmt ganzheitlich oder teilweise Planung, Aufbau, Installation, Funktionsprüfung und Übergabe der Standorteder Basisstationenmit Antennenaufbauten. Dies beinhaltet die Gewerke: Tiefbau, Stahlbau, Gerüstbau, Trockenbau, Elektroinstallation, Klimatechnik, Kabelwege, Blitzschutz, Antennenaufbau, Konfektionierung von Wellmantelkabel u. a. Die Aufstellung der Basisstation wird unterschiedlich vergeben. Entweder erfolgt diese Leistung durch einen vom Netzbetreiber zusätzlich beauftragten Dienstleister oder ist ebenfalls Bestandteil der Gesamtaufgabenstellung. Für alle Leistungen gibt es Vorschriften, Normen und Planungshandbücher. Sie werden laufend vervollständigt und sind bei den Netzbetreibern unterschiedlich aufgebaut. 2.5 Bauablaufplan Die Anforderungen der verschiedenen Netzbetreiber an die Errichterfirma unterscheiden sich. Der folgende Bauablaufplan ist ein Beispiel, das die Komplexität der Aufgaben und die relativ kurze Realisierungszeit konkret darstellt. Der Bauablaufplan wird von den Netzbetreibern zeitlich sehr eng vorgegeben. Sechs Wochen gelten heute als Richtwert. Dieser Zeitraum kann wie folgt unterteilt sein: · Angebotserstellung durch die Errichterfirma (2 Wochen) Bereits in dieser Phase sind Lieferzeiten für schwer zu beziehende Bauteile zu berücksichtigen. Risiko: Der Errichter hat den Auftrag noch nicht erhalten, muss sich aber bereits um Liefermöglichkeiten kümmern. · Durchlauf und Rücklauf im Hause des Netzbetreibers (1 Woche) Zwischen Netzbetreiber und Errichter werden Positionen hinsichtlich der Aufwendungen und Kosten überarbeitet. · Reine Bauzeit (2 Wochen) · Für jedes Gewerk wird eine Dokumentation erarbeitet (1 Woche), z. B. - Baudokumentation, enthält unter anderem Statik, Werkspläne, Stahlpläne und Photos - Elektrodokumentation, beinhaltet unter anderem: Blitzschutz, Stromlaufpläne, Elektroverteiler und BGV A2 - Mobilfunkdokumentation, führt die Antennentypen und Antennenanzahl mit Ausrichtung (elektrische und mechanische) auf - antennenspezifische Daten, werden in einem Messprotokoll festgehalten. Durch die Errichterfirma erfolgt eine Vorabnahme, um Mängel und Fehler zu beseitigen und Restarbeiten zu erbringen. Die Abnahme (etwa 4 h) erfolgt häufig durch zwei Mitarbeiter für den Fachbereich Bau und GSM/Elektrotechnik des Netzbetreibers. Mängel sind kurzfristig zu beheben (z. B. innerhalb von 5 Werktagen). In der Regel wird innerhalb der nächsten 10 Werktage die Systemtechnik von den Geräteherstellern oder deren Beauftragten installiert. An einem Standort werden Basisstation und TMA vom gleichen Hersteller eingesetzt. Nach Abschluss der Installation erfolgt ein 3-wöchiger Probebetrieb. Etwa 20 % der Basisstationen werden in Containern untergebracht. Die Containerlieferanten haben ihre Erzeugnisse bereits in den Gewerken Elektrotechnik und Klima vorgerüstet. 2.6 Personaleinsatz Der genaue und straff vorgegebene Zeitplan erfordert einen hohen Einsatz der Mitarbeiter in den Errichterfirmen. Die großen Entwicklungssprünge in der Mobilfunktechnologie sowie die große Bandbreite der Aufgaben vom Tiefbau über den Stahlbau bis hin zum Antennenbau sprechen die geistig flexiblsten und aufgeschlossensten Mitarbeiter an. Für diese Aufgaben werden in den Errichterfirmen meistens Bau-, Elektro- oder Informationstechniker eingesetzt. Der Personaleinsatz für 100 Anlagen im Jahr kann bei den Errichterfirmen bei zwei Bauleitern, 15 eigenen Mitarbeitern und 25 Mitarbeitern aus Fremdfirmen liegen. 100 Anlagen im Jahr bieten Beschäftigung für vier Elektrohandwerker. 3 Schlussbemerkungen Es bestehen bereits Kooperationsbeziehungen zwischen Netzbetreibern und Errichtern. Die Errichter arbeiten fachlich fundiert und sind betriebswirtschaftlich etabliert. Zukünftige Herausforderungen sind jedoch für jeden Elektrohandwerker auch im Mobilfunk zu finden. Der Aufbau einer Zusammenarbeit mit den Errichtern in den Fachhandwerksbereichen Elektrotechnik und Blitzschutz ist aus heutiger Sicht chancenreich. Doch für jeden Elektrohandwerksbetrieb sollte das Fachgebiet Mobilfunktechnik viel früher beginnen. Bereits bei der Elektroinstallation eines Gebäudes sind Möglichkeiten zur künftigen Nutzung des Mobilfunks zu berücksichtigen. Neben dem Ausbau weniger ausgewählter Bauwerke für den Einsatz von Basisstationen im Außenbereich werden immer mehr Büro-, Verwaltungs- und Firmengebäude für die Mobilfunkversorgung im Innenbereich vorbereitet und ausgestattet. Hier kann der vorausdenkende Elektrofachmann seinem Auftraggeber zusätzliche Folgeaufwendungen ersparen. Gleichzeitig vergrößert sich für den Elektrohandwerker das Auftragsvolumen um den Teil „Elektroausbau für den Mobilfunkeinsatz“. Kommunikationstechnik Elektropraktiker, Berlin 55 (2001) 5 390 Antennenkopf in Betonausführung - Einsatz der Richtantennen in der vorwiegend genutzten 3-Antennen-Anordnung
Autor
- M. Achilles
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