450-MHz-Funknetz für krisenfeste Kommunikation

Was ist das 450-MHz-Funknetz?

Das 450-MHz-Funknetz ist ein drahtloses Kommunikationssystem, das auf einer Frequenz von 450 Megahertz (MHz) arbeitet. Das Frequenzband gilt als sehr robust und erlaubt eine zuverlässige Kommunikation über große Distanzen von mehreren Kilometern mit sehr guten Durchdringungseigenschaften in Gebäuden. Dadurch ist es auch für den Einsatz in abgelegenen Gebieten geeignet, um z. B. intelligente Messsysteme (z. B. Stromzähler) aus der Ferne zu überwachen und auszulesen, Anlagen zu steuern und im Krisenfall darüber zu kommunizieren . Dabei reichen für eine flächendeckend stabile Infrastruktur im Vergleich zu anderen Mobilfunktechnologien wie 5G oder LTE verhältnismäßig wenige Funkmasten. Daher schneidet diese Technologie aufgrund ihrer günstigeren Ausbreitungseigenschaften im Vergleich zu andern Mobilfunktechnologien extrem gut ab.

Das Rückgrat jedes Funknetzes bilden die Basisstationen und Sendemasten, die dafür zuständig sind, Signale zu senden und zu empfangen. Zusätzlich zur physischen Infrastruktur umfasst ein solches Netzwerk auch eine notwendige Backhaul-Verbindung, welche die Basisstationen mit dem Kernnetz verbindet. Diese Verbindungen können über verschiedene Medien erfolgen, darunter Kabel, Mikrowellenverbindungen oder sogar Satelliten.

Ein weiterer wesentlicher Bestandteil des Netzwerkaufbaus sind die Endgeräte, also jene Geräte, die von den Endnutzern verwendet werden. Dazu zählen unter anderem Funkgeräte (Handys), Router, intelligente Smart Meter oder Datenmodule in Fahrzeugen, die eine direkte Kommunikation mit dem Netzwerk ermöglichen.

Die Ausfallsicherheit in einem sogenannten Schwarzfall wird unter anderem dadurch garantiert, dass es eine Notstromversorgung und redundante Infrastruktur gibt, sodass der Betrieb bis zu 72 Stunden aufrecht erhalten werden kann. Denn auch bei 450 MHz geht nichts ohne Strom!

Technische Eigenschaften:

• Hohe Reichweite bis zu mehreren Kilometern
• Verwendete Frequenzbänder: 451,00 MHz – 455,74 MHz bzw. 461,00 MHz – 465,74 MHz
• Gute Durchdringung, auch in Gebäuden
• Datenraten bis zu 300 Mbit/s (LTE Cat.4)
• Unterstützung von CAT1 und höher (CAT 1+), CAT-M1 jeweils im 3GPP Band 72
• Einsatz von LTE-450 und LTE-M-450

Verschiedene Standards: LTE-450MHz und CDMA 450 MHz

LTE-450 MHz und CDMA 450 MHz operieren beide im gleichen Frequenzband, unterscheiden sich jedoch grundlegend in ihrer technologischen Basis und ihren Einsatzmöglichkeiten. LTE-450 MHz beruht auf dem LTE-Standard (Long Term Evolution), der für seine hohe Datenübertragungsgeschwindigkeit und Effizienz steht. Als eine 4G-Technologie ist LTE für breitbandige Datenübertragungen konzipiert und ermöglicht einen schnellen mobilen Internetzugang sowie die Unterstützung von Anwendungen, die hohe Datenraten erfordern.

Diese Technologie findet vor allem in ländlichen und abgelegenen Gebieten Anwendung, wo herkömmliche Breitbandlösungen schwer umsetzbar sind, und bietet Nutzern verbesserte Internetzugänge einschließlich Sprach- und Videokommunikation.
Im Gegensatz dazu nutzt CDMA 450 MHz den CDMA-Standard (Code Division Multiple Access), der ursprünglich für die Übertragung von Sprachdiensten und später auch für Daten entwickelt wurde. CDMA ist eine Mehrfachzugriffstechnik, die es ermöglicht, dass mehrere Benutzer gleichzeitig dieselbe Frequenzbandbreite nutzen können.

Obwohl CDMA 450 MHz für seine Zeit innovative Dienste wie Sprachübertragungen und grundlegende Datenübertragungsdienste bot, wird es in der Ära von Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungen zunehmend von LTE-Technologien übertroffen.
Die Hauptunterschiede zwischen LTE-450 MHz und CDMA 450 MHz liegen also in der Leistungsfähigkeit und Effizienz.

Die Entscheidung zwischen beiden Technologien hängt letztendlich von den spezifischen Bedürfnissen der Nutzer und den gegebenen Netzwerkressourcen ab. Welcher 450-MHz-Standard für eine krisenfeste Kommunikation zum Einsatz kommt, wird in Abhängigkeit zur Anwendung entschieden.

LTE-450 MHz

• höhere Datenübertragungsrate
• effizientere Nutzung des Spektrums
• höhere Kapazitäten
• bessere Netzwerkleistung
• bevorzugten Wahl für moderne Kommunikationsanforderungen

CDMA 450 MHz

• robusten Sprachkommunikation
• Bereitstellung grundlegender Datenübertragungsdienste
• besonders in Gebieten mit geringer Bevölkerungsdichte

Welche Anwendungsfälle gibt es für die Energie- und Wasserwirtschaft?

Die Nutzung des 450-Megahertz-Frequenzbands spielt eine entscheidende Rolle für Energie- und Wasserversorger bei der Gewährleistung einer krisenfesten Kommunikation. Denn aufgrund seiner vorteilhaften Eigenschaften kann es die Weichen stellen, damit die Energiewende mit all ihren Herausforderungen gelingt und ein resilientes Versorgungssystem bereit steht.

Dafür ergeben sich für die Energie- und Wasserversorger vielfältige Anwendungsfälle.

Überwachung und Steuerung der Energienetze

Das 450 MHz-Netz kann zur Überwachung und Steuerung von Strom-, Gas- und Wassernetzen eingesetzt werden. Netzbetreiber können die Netze in Echtzeit überwachen und bei Störungen schnell reagieren. Dies ermöglicht eine vorausschauende Wartung, d. h. Probleme können frühzeitig erkannt und behoben werden, bevor es zu größeren Störungen kommt, was letztendlich die Betriebseffizienz steigert.

Resilienz und Redundanz

Durch Schaffung redundanter Kommunikationswege wird eine krisensichere Datenübertragung und Kommunikation sichergestellt, sodass die Energie- und Wasserversorgung kontinuierlich aufrecht erhalten wird, auch wenn andere Netze ausfallen oder überlastet sind.

Anbindung von Erzeugungs- und Verbrauchsanlagen

Dezentrale Erzeugungsanlagen wie PV-Anlagen und Verbrauchsanlagen können an das zentrale Energie- und Wassernetz angebunden werden. Dies ermöglicht es den Betreibern, die Anlagen effizienter zu betreiben und die Versorgungssicherheit zu erhöhen.

Fernauslese von intelligenten Messsystemen

Mithilfe des 450-MHz-Funknetzes können intelligente Messsysteme, sogenannte Smart Meter, eingesetzt und aus der Ferne ausgelesen werden. Dadurch ist die Erfassung und Abrechnung der Verbrauchsdaten durch den Betreiber möglich.

Störungsmanagement und Krisenreaktion

Bei Störungen oder Notfällen wie Sturm, Überschwemmungen oder Brüchen in der Versorgungsinfrastruktur ist eine schnelle und zuverlässige Kommunikation von entscheidender Bedeutung. Das 450-MHz-Netz ermöglicht eine robuste Kommunikation zwischen den Versorgungsunternehmen, Rettungsdiensten und anderen beteiligten Akteuren. Damit können schnell Maßnahmen zur Behebung von Störungen koordiniert und die öffentliche Sicherheit gewährleistet werden.

Endgeräte und Komponenten in unserem m2m IoT-Shop

Abgestimmt auf dieses Funknetz bietet der Markt bereits jetzt sogenannte Kritis-Router. Solche Router sind für stationäre sowie mobile Anwendungen konzipiert, u. a. für Remote Management, Videoüberwachung oder Fabrikautomation. Ebenso offeriert der Markt diverse entsprechende Funkmodule für Impulszähler bei Wasser-, Energie-, Wärme- und Gaszählern – passende Smart Meter Gateways sind ebenfalls erhältlich.

Für die Entwicklung kritis-fähiger Endgeräte stehen embedded Komponenten zur Verfügung. Solche LTE Cat.4 Module verfügen in der Regel über Hardware-Schnittstellen wie USB/UART und können in industriellen Routern, Sicherheits- und Überwachungsanlagen, Laptops, Push-to-Talk-Smartphones, CPE und POS-Terminals usw. eingesetzt werden.

Auch entsprechende Antennen werden angeboten. 450-MHz-Antennen bieten eine Kombination aus Reichweite, Zuverlässigkeit und Effizienz, die sie für eine Reihe von kritischen und breitbandigen Kommunikationsanforderungen unverzichtbar macht.

Verfügbarkeit und Ausbau des 450-MHz-Funknetzes

Der Ausbau des 450-MHz-Funknetzes in Deutschland ist strategisch wichtig, um eine flächendeckende und sichere Kommunikation für die Energieversorgung, Rettungsdienste und andere kritische Infrastrukturen zu gewährleisten.

450connect: Ausbau in Deutschland

Im März 2021 erteilte die Bundesnetzagentur der 450connect GmbH den Zuschlag für die 450-MHz-Frequenzen. Das Unternehmen ist ein Zusammenschluss aus vier Gesellschaftern: der Alliander AG, einem Konsortium regionaler Energieversorger, E.ON sowie der Versorgerallianz 450 MHz, zu der mehrere Stadtwerke und Energie- und Wasserversorger sowie die EnBW-Tochter Netze BW. Die 450connect treibt den Ausbau voran und bietet Sprach- und Datendienste in diesem Frequenzband an. Mit der Vergabe der Funkfrequenz an die 450connect GmbH wurden folglich die Weichen für die Digitalisierung in Sachen Energie- und Verkehrswende gestellt.

Internationale Bestrebungen

Aber nicht nur innerhalb Deutschlands wird der Ausbau des 450-MHz-Funknetzes vorangetrieben. Mit der 450 MHZ Alliance gibt es auch international Bestrebungen, das Funknetz zu fördern. Zu den Mitgliedern der Allianz gehören Mobilfunkbetreiber, Gerätehersteller und Unternehmen für die Maschine-zu-Maschine-Kommunikation.