Image: Warten auf die 5Ohne 5G wären Visionen wie das autonome Fahren und Smart Cities undenkbar. | iStock
NewsNeuer Mobilfunkstandard

Warten auf die 5

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5G ist das neue große Ding: Ohne die fünfte Generation des digitalen Mobilfunks wären Visionen wie das autonome Fahren und Smart Cities undenkbar. Was der neue Standard alles verspricht.

18. September 2020

Die Bedeutung des Mobilfunks für die Datenkom­mu­ni­ka­tion wächst rasant. Die drahtlose Technologie wird in absehbarer Zeit sogar wesentlich höheres Gewicht haben, als es die kabelgebun­dene Infrastruktur je erreichte. Innovative Sendestan­dards wie 5G sind mit weniger Kosten verbunden und sollen den stetig wachsenden Datenhunger von Gesellschaft und Wirtschaft stillen. Der künftige Mobilfunk­stan­dard verspricht dafür eine enorme Datenrate mit bis zu 20 Gigabit pro Sekunde. Damit ist es bis zu 100-mal schneller als das heutige LTE-Netz.

Allerdings würde der Zeitgewinn bei einer klassischen Netzstruktur mit zentralem Rechnerzen­trum durch die zu langen Übertragungs­wege von und zu Sendemasten wieder zunichte­ge­macht. Bei 5G-Netzwerken ist daher eine dezentrale Lösung geplant, bei der jede Sendesta­tion einen eigenen Rechner erhält, der Daten empfängt, verarbeitet und selbsttätig wieder aussendet. Es bilden sich viele einzelne Datenclouds. Dieser Ansatz wird auch als Mobile Edge Computing bezeichnet. 

Zudem können die Maschinen im 5G-Netz direkt und ohne Umweg miteinander kommunizieren. Das Ergebnis ist eine geringe Latenzzeit – die Spanne zwischen einer Abfrage und dem Eingang der Antwort – von nur noch rund einer Millisekunde. Daten werden so nahezu in Echtzeit übertragen. Das ist notwendig für die vernetzten Geräten und jene Anwendungen, die auf blitzschnelle Antworten angewiesen sind, zum Beispiel beim autonomen Fahren. Ein weiterer Vorteil: Per 5G lassen sich wesentlich mehr technische Einheiten pro Funkzelle in das künftige Netz einbinden. Die Rede ist von einer Million vernetzter Geräte pro Quadratki­lo­meter.

5G – Vorausset­zung für autonomes Fahren

Ein vernetztes, autonom fahrendes Auto muss verlässlich sein – egal wo, egal wann. Es kommuniziert mit anderen Fahrzeugen, Smarthomes, Apps oder was auch immer – kabellos, bei Wind und Wetter, im Stadtver­kehr oder auf der Autobahn und Landstraßen. Um sicher und zuverlässig zu funktionieren, müssen die fahrerlosen Autos riesige Datenmengen verarbeiten und interpre­tieren. Und das innerhalb weniger Sekunden. Liegen die pro Stunde zu übertragenden Datenvolu­mina bei Fahrfunk­tionen der Stufe Level 2 und 3 noch im Gigabyte-Bereich, werden es beim hochauto­ma­ti­sierten Fahrzeug schon mehrere Terabyte sein. 5G ist dafür wie geschaffen.

Fahrzeuge werden so in Zukunft zusätzlich Informationen von der Infrastruktur oder anderen Verkehrs­teil­neh­mern über wechselnde, komplexe Verkehrs­si­tua­tionen in Millisekunden erhalten. Sie können dann den Fahrstil an die jeweilige Situation anpassen oder Staus und Gefahren­quellen umfahren. Aber selbst wenn noch keine voll automati­sierten Fahrfunk­tionen im Fahrzeug realisiert sind, lassen sich über die hohe Geschwin­dig­keit der 5G-Kommunika­tion neue Fahrassis­tenz­funk­tionen realisieren. Ein vorausfah­rendes Auto könnte zum Beispiel eine Echtzeit-Aufnahme der Straße auf die Displays der folgenden Fahrzeuge übertragen.

Wie sieht der konkrete Einsatz bereits heute aus? Entsprechende Systeme werden etwa auf dem Digitalen Testfeld Autobahn A9 in Bayern erforscht und entwickelt. In Hamburg sieht ein Teststre­cken-Projekt vor, Ampeln und eine Brücke so auszustatten, dass sie Informationen an Fahrzeuge senden können. Im Berliner Stadtver­kehr wurde eine Strecke zwischen Brandenburger Tor und Ernst-Reuter-Platz mit Technik ausgerüstet. Dort sollen künftig auch Testwagen unterwegs sein, die von Computern gefahren werden und in denen ein Mensch nur noch zur Kontrolle sitzt.

China als Taktgeber

Auf absehbare Zeit dürfte der 5G-Standard aber noch ein Papiertiger bleiben – vom Showbetrieb in einigen Städten und Testläufen abgesehen. Denn 5G funktioniert erst, wenn der neue Standard in der öffentli­chen Infrastruktur tatsächlich verfügbar ist – und zwar in der Fläche. Eine internatio­nale Vorreiter­rolle beim 5G-­Netzausbau nimmt China ein. Schätzungen zufolge sollen dort noch in diesem Jahr bis zu 800.000 neue 5G-Basissta­tionen entstehen. In der chinesischen Millionen­stadt Shenzhen haben sich beispiels­weise die Ladezeiten beim Streamen oder Downloaden extrem verkürzt. TV-Programme können ruckelfrei während einer Fahrt im öffentli­chen Nahverkehrs geschaut werden.

Davon sind wir hierzulande noch weit entfernt. Zwar wurden die Lizenzen zur Nutzung der 5G­-Funkfrequenzen Anfang 2019 in Deutschland versteigert, doch der Ausbau geht vergleichs­weise langsam voran. Nach Planungen der Telekom sollen bis Ende 2020 rund 40.000 Mobilfunk­an­tennen umgerüstet sein. Das Unternehmen versorgt aktuell über 1.000 Städte und Gemeinden ganz oder teilweise mit dem neuen Mobilfunk­stan­dard. Rechnerisch könnten heute 50 Prozent der Bevölkerung vom 5G-Netz des Anbieters profitieren.

Vor dem Jahr 2025 rechnen Experten allerdings nicht mit einer flächende­ckenden Abdeckung. Denn es gibt es immer noch politischen Streit um das Thema. Ein zentraler Diskurspunkt ist die Frage, ob der staatsnahe chinesische Konzern Huawei weiterhin am Aufbau beteiligt werden darf. Hochschulen und Wissenschafts­in­sti­tute arbeiten unterdessen schon an dem nächsten großen Ding: 6G. Es soll Datenraten von bis zu 400 Gbit/s realisieren.

Von 3 zu 5 G

Im Jahr 2004 startete der UMTS-Standard (Universal Mobile Telecommu­ni­ca­tions System) in Deutschland. Er erlaubte anfangs die Übertragung mit bis zu 384 Kbit/s. Die Ära des mobilen Surfens war eingeläutet. Der 4G-Standard für Smartphones LTE (Long Term Evolution startete 2010 in Deutschland. Er erlaubt Übertragungs­ge­schwin­dig­keiten von bis zu 1.000 Mbit/s. Aufgrund der begrenzten Netzkapa­zität muss man sich jedoch mit maximal 50 Mbit/s zufrieden­geben. Die fünfte Generation des digitalen Mobilfunks mit 5G soll in den kommenden Jahren Übertragungs­ge­schwin­dig­keiten von bis zu 20 Gbit/s möglich machen.