5G und die Helden der Geschwindigkeit

Ist es nicht so im Innovationsalltag: Unser Augenmerk liegt immer zuallererst auf den ganz großen, den bahnbrechenden Visionen und Ideen. Und während wir noch träumen, planen und technische Widrigkeiten zugunsten der aufregenden Perspektive (beinahe) ignorieren, forschen und basteln zahlreiche fleißige Realisten an Grundlagen, ohne die all das gar nicht möglich wäre.

5G – die fünfte Mobilfunknetzgeneration – ist eine dieser Basistechnologien, die all die coolen Ideen überhaupt erst auf den Teppich bringt: Autonomes Fahren, das Internet der Dinge, Industrie 4.0… Wer wollte schon sein Kind in ein autonomes Taxi setzen, das zwischen Parkstraße und Veilchenweg kaum Netz hat? Selbst wenn es nur 150 Meter sind? Oder unter aktuellen Netzbedingungen eine dieser spektakulären Fernoperationen auch nur in Erwägung ziehen? Ganz zu schweigen von Fertigungsprozessen, sensiblen Daten und vielen anderen Dingen mehr, bei denen wir uns zukünftig mehr denn je auf Netzgeschwindigkeit und -stabilität verlassen wollen. Und unbedingt müssen.

Obwohl 5G zunächst lediglich wie eine Weiterentwicklung der existierenden Netze LTE (4G) und UMTS (3G) erscheint, ermöglicht die flexiblere Architektur ungleich höhere Verfügbarkeit und Übertragungsraten.

5G ist also nicht etwa „nur ein neues, schnelleres Netz“, sondern das Synonym für eine Vielfalt virtueller, anwendungsspezifischer Netze mit unterschiedlichem Bedarf, die auf einer gemeinsamen physischen Infrastruktur betrieben werden: Das ultra-schnelle mobile Breitband (Enhanced Mobile Broadband), die Kommunikation zwischen Maschinen und Anwendungen (Massive Machine Type Communications M2M) sowie ein Hoch-Zuverlässigkeitsnetz mit kurzen Antwortzeiten (Ultra-Reliable and Low Latency Communications).

Das ultra-schnelle mobile Breitband

Das ultra-schnelle mobile Breitband nimmt sich der „klassischen“ mobilen Internetanwendungen an und schafft mit Datenraten bis zu 10 Gigabit pro Sekunde die Basis für stetig steigende Datenmengen, die punktgenau hohe Kapazität benötigen, wie zum Beispiel hochauflösende Videos, Virtual und Augmented Reality und vieles mehr.

Die Kommunikation zwischen Maschinen und Anwendungen

Bei der Vernetzung von Maschinen und Geräten aller Art hingegen – Stichwort „Industrie 4.0“, das Internet der Dinge und die Maschinenkommunikation – werden meist nur kleine Datenmengen übertragen, und auch die Übertragungsgeschwindigkeit spielt lediglich eine untergeordnete Rolle. Der Schwerpunkt hierfür liegt auf der erwarteten hohen Anzahl kommunizierender Geräte und ihrer weiten Verbreitung, also auf einem sehr großflächigen Netz mit niedrigem Energiebedarf.

Das Hoch-Zuverlässigkeitsnetz

Kritische Anwendungen, wie beispielsweise vernetztes und/oder autonomes Fahren oder die medizinische Nutzung, benötigen eine extrem hohe Zuverlässigkeit und Übertragungsgeschwindigkeit und profitieren von den ultrakurzen 5G-Antwortzeiten von einer Millisekunde. Zum Vergleich: In 3G-Netzen werden rund 100 Millisekunden erreicht, in 4G-Netzen sind es noch etwa 30.

Mit nahezu Echtzeit wird nun nicht nur der autonome Nahverkehr überhaupt erst möglich, sondern auch die Durchführung medizinischer Eingriffe über weite Entfernungen und an entlegenen Orten, und vieles mehr.

Ebenso vielfältig wie die 5G-Netze, sind auch die verwendeten Technologien, denn zur optimierten Nutzung der Frequenzen bedient sich 5G gleich mehrerer verschiedener Methoden:

Eine hohe Bandbreite erreicht es durch die Weiterentwicklung der schon von 4G/LTE genutzten sogenannten Kanalbündelung, also der Bündelung der genutzten Funkfrequenzbereiche eines Netzbetreibers. Kleinzellen, wie sie bereits in Innenstädten und anderen Orten mit hoher Nutzerdichte zum Einsatz kommen, ergänzen die Kapazitäten der klassischen Mobilfunk-Dachstandorte durch Hotspots und regulieren akkuschonend die Leistung zwischen Handy und Sendeanlage.

Ähnlich, jedoch mit deutlich höherer Leistung, funktionieren große Mehrantennensysteme, die zusätzlich zu vorhandenen Funkstandorten und Hotspots agieren und auch in bestehende Netze eingebunden werden können. Und die Möglichkeit der variablen Ausrichtung auf Endgeräte – das sogenannte Beamforming – reduziert einerseits deutlich den Energiebedarf im Sender, andererseits mögliche Störungen auf ein Mindestmaß.

Zusätzlich sorgt ein virtuell geteiltes Netz – Networkslicing – für die gezielte Aufteilung des Netzes für unterschiedliche Bedürfnisse. Dadurch können Netzbetreiber beispielsweise speziellen Anwendergruppen, wie Krankenhäusern oder dem öffentlichen Nahverkehr, benötigte Datenkapazitäten oder Reaktionszeiten zusichern oder auch flexible Ressourcen für bestimmte Situationen zur Verfügung stellen, etwa für die Nutzung von Sensoren für autonomes Fahren.

5G ist daher ein ganzer Strauß verschiedener Technologien und Maßnahmen zur Optimierung, Beschleunigung und vor allem zur Erhöhung der Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Netze, durch die viele Visionen in greifbare Nähe rücken.

Am 19. März hat die Bundesnetzagentur Mainz mit der Versteigerung der Frequenzen begonnen.