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5G – der Mobilfunk-Überflieger
5G gilt als die vielleicht wichtigste Technologie, die das Internet der Dinge, neudeutsch Internet of Things (IoT), antreiben soll. Aber warum ist das eigentlich so? Was kann 5G, was andere Technologien nicht können?
Die hohen Erwartungen an 5G rühren aus dessen technischen Fähigkeiten, die denen der vierten Mobilfunkgeneration (4G) mit LTE und LTE-Advanced und denen der dritten (3G) mit HSPA+, HSPA und UMTS in allen Belangen überlegen sind. Dabei geht es aus guten Gründen um Eigenschaften:
Datenrate: Hohe Datenraten spielen beispielsweise bei multimedialen Unterhaltungsanwendungen oder bei Virtual- und Augmented-Reality eine wichtige Rolle. Die 5G-Technologie kann bis zu 20 Gbit/s übertragen und ist damit fast 90 Mal schneller als LTE der vierten Generation und fast 500 Mal schneller als die dritte Mobilfunkgeneration mit HSPA+.
Das Netz der Zukunft – Anwendungsgebiete von 5G
Latenzzeit: Die Latenzzeit gibt an, wie lange es von der Eingabe eines Befehls bis zur eigentlichen Aktion dauert. In 5G-Netzen ist die Latenzzeit etwa 10 Mal kleiner als in 4G-Netzen und mindestens 50 Mal kürzer als in 3G-Netzen. Die sehr geringen Latenzzeiten, die in 5G-Netzen auf kurzen Übertragungsstrecken möglich sein werden, sind wichtig für Echtzeitanwendungen. Sie sind vor allem im industriellen Bereich angesiedelt, beispielsweise bei der Kommunikation zwischen Robotern und Menschen, aber auch zwischen Produktionsmaschinen (Machine-to-Machine-Kommunikation, M2M). Kooperative Verkehrssicherheits-Anwendungen beim autonomen Fahren sind ebenfalls in extremem Maß von einer verzögerungsfreien Übertragung von Informationen abhängig. Ein Beispiel für Letzteres ist der automatische Austausch von Informationen über den Straßenzustand oder den Verkehrsfluss zwischen Fahrzeugen in der nahen Umgebung.
Frequenzen: Von den genutzten Frequenzbändern hängt unter anderem die Reichweite der Signale ab. In einfachen Worten: Je niedriger die Frequenz, desto größer ist die Reichweite eines Funksystems. Für die Inhouse-Übertragung ist also ein Frequenzband im 3,6-GHz-Bereich gut geeignet, wohingegen bei der Freiluftkommunikation ein 800-MHz-Signal seine Reichweitenvorteile ausspielt. Weil das zur Verfügung stehende Frequenzspektrum für 5G-Netze viel größer ist als das für 4G und 3G, kann die neue Mobilfunktechnologie besser auf die jeweilige Anforderung der Anwendung abgestimmt werden.
Netzwerk-Slicing: Wenn wir schon über Flexibilität sprechen, dann sollten wir ein Auge auf das Netzwerk-Slicing werfen. Es erlaubt in 5G-Netzen den Betrieb verschiedener virtueller Netze mit unterschiedlichen Eigenschaften auf einer gemeinsamen physischen Infrastruktur. Jede Anwendung erhält, je nach Anforderung, eine eigene Ebene im Netzwerk. So kann man einer Anwendung eine hohe Bandbreite zuweisen, einer anderen hingegen eine geringe Latenzzeit mit hoher Zuverlässigkeit der Übertragung.
5G im Vergleich zu 4G (Quelle: Fraunhofer-Institut)
Device-to-Device-Kommunikation: Die 5G-Technologie sieht erstmals eine Device-to-Device-Kommunikation vor – sie ist weder in 4G- noch in 3G-Netzen möglich. D2D ermöglicht den schnellen, direkten Datenaustausch zwischen Geräten und Sensoren ohne den Umweg über eine Basisstation. Das entlastet einerseits die Basisstationen in 5G-Netzen und verkürzt andererseits die Laufzeit der Signale zwischen Sendern und Empfängern. Wichtig ist dies zum Beispiel bei sicherheitskritischen Anwendungen in autonom oder teilautonom fahrenden Autos und Lkw auf öffentlichen Straßen, aber auch für selbstfahrende Fahrzeuge in der Logistik.
Energieffizienz: Die Energieeffizienz beschreibt, wieviel Informationsbits pro Energieeinheit übertragen werden können. Sie soll bei 5G 100 Mal besser sein als bei 4G. Damit können 5G-Geräte Daten mit weitaus geringerem Stromverbrauch senden oder empfangen.
Versorgungsdichte: Die Versorgungsdichte gibt an, wie viele Geräte auf einer bestimmten Fläche versorgt werden können. Auch bei dieser Kenngröße ist 5G den bisherigen Mobilfunktechnologien deutlich überlegen. Damit dürften Versorgungsengpässe bei Großveranstaltungen der Vergangenheit angehören und Anwendungen mit einer hohen Sensorendichte die Tür geöffnet werden.
Bereits Mitte letzten Jahres errichtete Mercedes-Benz Cars, zusammen mit dem Telekommunikationsunternehmen Telefónica Deutschland und dem Netzwerkausrüster Ericsson in der „Factory 56“ in Sindelfingen, das weltweit erste 5G-Mobilfunknetz für die Automobilproduktion. Der Zukunftsstandard 5G wird somit für den Industriestandort Deutschland Realität.
„Wir läuten das 5G-Zeitalter für den Industriestandort Deutschland ein und bauen das modernste Mobilfunknetz für eine der modernsten Automobilfabriken der Welt“, sagt Markus Haas, CEO von Telefónica Deutschland.
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