Grünes WiFi

Die Beschleunigung der Digitalisierung und die Reduzierung des CO2 Emissionen sind derzeit zwei Hauptziele der Politik der Europäischen Union. Die derzeit aktuellen FTTH und 5G Festnetz- und Mobilfunk-Technologien tragen erheblich zur Digitalisierung bei und unterstützen gleichzeitig die Verbesserung der Energieeffizienz im Vergleich mit den althergebrachten Technologien. Dennoch benötigen beide Technologien ergänzend die neue WiFi-Technologie der Nächsten Generation (WiFi 6) im Indoor-Bereich als schnurlose Verbindung zu vielen Endgeräten, um ihr volles Potential ausschöpfen zu können.

In dieser Studie untersuchen wir, wie WiFi 6 und WiFi 6E bei der Nutzung neuer Anwendungen zur Reduzierung von CO2 Emissionen beitragen können. Zudem analysieren wir den Energieverbrauch von WiFi 6 und 6E und prüfen, wie diese neueste Generation an Technik innovative Massenmarkt-Anwendungen wie Augmented Reality und Virtual Reality zu realisieren helfen.

Die COVID Pandemie hat uns die Notwendigkeit von Telekommunikationsnetzen sehr hoher Kapazität (VHC-Netze) noch einmal vor Augen geführt. Die verstärkte Nutzung von Heimarbeit, der verstärkte Trend zur Nutzung von Cloud-Computing ebenso wie von E-Learning und elektronischen Gesundheitsdiensten hat uns gleichzeitig eine neue Herausforderung deutlich gemacht – nämlich dass diese Netze sehr hoher Kapazität ergänzend eine entsprechende Fortsetzung innerhalb der Gebäude benötigen. Was hilft nach all den Anstrengungen des Ausbaus von VHC-Netzen bis zum Gebäude oder bis vor die Wohnungstür, wenn aufgrund des Fehlens einer ergänzenden Infrastruktur die beim End-Nutzer ankommende Bandbreite nur wenige Megabit pro Sekunde beträgt. Eine schnurlose Verbindung ist zudem für viele Endgeräte aufgrund ihrer mobilen Nutzungsart eine notwendige Voraussetzung, (z.B. schnurlose Telefone, Smartphones, Tablets usw.). Oft haben Endgeräte auch gar keinen kabelgebundenen Zugang, entweder weil sie neu sind und bei der Planung der Kabelnetze noch nicht berücksichtigt werden konnten (z.B. Sensoren). Die Verfügbarkeit von WiFi 6 ist daher eine notwendige Voraussetzung für die Umsetzung der Vision einer Gigabit Gesellschaft in Europa.

Nach Angaben von Cisco werden in Westeuropa 2023 etwa 69% aller an ein Telekommunikationsnetz angeschlossenen Geräte über Anschlusskabel oder WiFi verbunden und die verbleibenden 31% über Mobilfunk-Verbindungen angeschlossen sein. Neue und innovative Anwendungen wie Augmented Reality und Virtual Reality werden voraussichtlich die Anforderungen an Bandbreite und Qualität für die Infrastrukturen im Gebäude steigern. Vor diesem Hintergrund ist die Freigabe zusätzlichen Spektrums im 6 GHz-Band (480 MHz) zur Nutzung durch WiFi in Europa ein erster und absolut notwendiger Schritt zur Bewältigung des sich abzeichnenden Bandbreitenbedarfes. Für die kommenden Jahre ist es unabkömmlich, jede regulatorische Grenze oder Hürde für die Entwicklung von oder die Nachfrage nach neuen innovativer Dienste zu vermeiden.

Bezogen auf den CO2 Fußabdruck von WiFi haben dessen Treibhausgas-Emissionen nur einen sehr geringen Anteil an den gesamten ICT-Emissionen, und diese haben nur einen Anteil von ca. 4% an den Treibhausgas-Emissionen insgesamt und aus allen Quellen. Literaturstudien und Betreiber- und Herstellerinterviews belegen, dass der Energieverbrauch von WiFi 6 vergleichbar mit den Vorgängergenerationen ist. Allerdings führt die deutlich höhere Übertragungskapazität von WiFi 6 zu einer deutlich höheren Energieeffizienz, indem mehr Daten bei demselben Energieeinsatz übertragen werden können. Zudem ermöglicht der neu eingeführte Tiefschlafmodus (Target Wake Time, TWT) der Access-Punkte und Endgeräte verbunden mit angepassten Anwendungen eine deutliche Senkung des Energieverbrauchs. WiFi 6 ist daher verglichen mit den Vorgängergenerationen erheblich leistungsfähiger im Hinblick auf Übertragungskapazität und Geschwindigkeit bei gesteigerter Energieeffizienz.

Gleichzeitig und im Prinzip noch bedeutsamer können WiFi unterstützte Anwendungen (“use cases”) helfen, die Treibhausgas-Emissionen in einer Reihe von Sektoren zu begrenzen. Ein hohes Potential für Einsparungen bieten sich insbesondere bei Heimarbeit, Online-Unterricht und E-Lernen, elektronischen Gesundheitsdiensten, Gebäudesteuerung und –betrieb und Transport und Verkehr. Wenn diese Effekte in die Betrachtung einbezogen werden, können WIFi 6 und 6E einen signifikanten positiven Netto-Effekt auf die Umwelt haben.

WiFi benötigt für die zukünftigen Bandbreitenbedarfe einen ausreichend großen Frequenzraum. Dieser Frequenzraum sollte bereits ausreichend früh vor dem Wachsen der Nachfrage bereitgestellt werden, um den Herstellern Sicherheit in der frühzeitigen Entwicklungen und den Gebäudeentwicklern und -eigentümern Investitionssicherheit zu geben. Der derzeitge EU Ansatz mit 500 MHz im 6 GHz-Band hängt schon jetzt weit hinter dem Ansatz von 1.200 GHz anderer bedeutsamer Wirtschaftsregionen wie Amerika und Asien zurück.

Als Ergebnis stellen wir fest, dass WiFi6 und 6E einen wesentlichen Beitrag zur den EU-Zielen zur Treibhausgas-Reduktion leisten können, und dies zu einer Zeit wachsender Bandbreitennachfrage. Gleichzeitig ermöglicht WiFi 6 und 6E eine flächendeckende Nachfrage nach neuen Anwendungen mit erheblichem Mehrwert für die Wirtschaft und die Bevölkerung insgesamt.

Die Studie steht in englischer Sprache zum Download zur Verfügung.

Dr. Thomas Plückebaum
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