Der neue Mobilfunkstandard 5G: Die Ausweitung technischer Grenzen
Computerspieler durchstreifen vom Wohnzimmer aus virtuelle Welten, auf der ganzen Welt verteilte Arbeitsteams konstruieren gemeinsam Maschinen und begutachten ihre Ergebnisse per Augmented Reality – ohne den schnellen und kontinuierlichen Austausch großer Datenmengen funktioniert die neue digitale Welt nicht. Aber diese Welt hat technische Grenzen. Wie arbeiten Forscher daran, sie zu überschreiten?
1966 stellte die Deutsche Bundespost das erste Modem vor. Die Übertragungsrate: maximal 1.200 Bit pro Sekunde. Wer heute mit seinem Smartphone oder Tablet im Internet surft und dabei LTE nutzt, kommt im Idealfall auf 125 Megabit – die hunderttausendfache Menge des ersten Modems. Und das ganz ohne Kabelgestrüpp.
Aber ebenso wie die Möglichkeiten der Datenübertragung sind auch die Anforderungen an sie gestiegen, das weltweite Datenvolumen wächst kontinuierlich. Daher arbeiten Forscher unter anderem des Fraunhofer-Instituts bereits am nächsten Standard mit noch höheren Datenraten, obwohl der aktuelle LTE-Standard, auch 4G genannt (4. Mobilfunkgeneration), noch nicht einmal flächendeckend in Deutschland verfügbar ist. Noch ist 5G Zukunftsmusik, aber T-Mobile US plant, in den USA 2020 eine landesweite Abdeckung zu erreichen. Auch Japan möchte 5G 2020 zu den Olympischen Spielen in Tokio einführen.
Datenrate ist nicht alles
Die Datenrate ist aber nur ein Aspekt von 5G. Ein weiterer ist die Reaktionsschnelligkeit oder Latenz. Sie ist ein entscheidender Faktor zum Beispiel dafür, wie wohl wir uns in virtuellen Umgebungen fühlen. Reagiert die Umgebung auf eine Kopfbewegung nicht schnell genug, kann es zu Übelkeit kommen. Ein ähnliches Phänomen ist von Flug- oder Fahrsimulatoren bekannt – auch als “Simulator Sickness” bezeichnet. Hervorgerufen wird sie, wenn der Benutzer eine Bewegung auf den Bildschirmen sieht und die Bewegungsmotoren des Simulators diese Bewegung nicht vollständig oder unmittelbar wiedergeben können. Deswegen soll 5G Latenzzeiten von unter einer Millisekunde bieten. Bei einer zentralen Datenverarbeitung ist das nicht möglich, also werden Daten lokal auf Smartphones etc. verarbeitet. Die Endgeräte bilden die Schnittstelle zwischen Netz und physischer Welt, oder auch den Rand, weswegen man vom Edge Computing spricht.
Außerdem geht es darum, einen kontinuierlichen mobilen Datenstrom sicherzustellen. Das ist zum Beispiel für autonome Fahrzeuge wichtig, denn ein kurzer Abriss des Datenstroms in der Rush-hour könnte ähnlich verheerende Folgen haben wie der Sekundenschlaf eines menschlichen Fahrers. Aber auch andere Bereiche benötigen solche robusten Netze. Smarte Fabriken mit automatisierter Produktion etwa, in denen die Maschinen miteinander kommunizieren, oder ferngesteuerte Operationsroboter. Die Lösung dafür: Parallele Datenübertragung über zahlreiche dezentrale Server. All das soll übrigens bei deutlich besserer Energieeffizienz geschehen.
5G legt mit seinen extrem kurzen Reaktionszeiten die technische Basis für das Internet der Dinge, in dem Geräte und Maschinen, die mit Sensoren ausgestattet sind, miteinander kommunizieren. Die Schätzungen, wie sich das Internet der Dinge entwickeln wird, gehen auseinander. Gartner geht von etwa 20 Milliarden vernetzten Geräten im Jahr 2020 aus, IHS von circa 30 Milliarden, andere Analysten von noch mehr, aber klar ist: Es wird stark wachsen. Und die aktuellen Mobilfunkstandards werden den Anforderungen dafür nicht genügen.
Erste Schritte in die Zukunft
Die technischen Herausforderungen sind enorm. Aber die Fraunhofer-Forscher sind zuversichtlich, dass schon bald erste 5G-Produkte oder -Lösungen verfügbar sein werden. „Wir haben im Labor bereits bewiesen, dass die angestrebten 10 Gigabit pro Sekunde bei einer Latenz von einer Millisekunde und höchster Zuverlässigkeit möglich sind. In bestimmten Anwendungsbereichen können wir bereits sehr produktnahe Lösungen vorstellen“, sagt Professor Slawomir Stanczak vom Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik.
Damit kommen auch auf Unternehmen Veränderungen zu. Sie müssen sich nicht nur darauf einstellen, in passende Infrastruktur zu investieren – auch ihr Kundenservice wird sich durch 5G teilweise umgestalten. Virtual Reality und Augmented Reality werden auch abseits von Computerspielen Teil des Alltags und ermöglichen es Verbrauchern, Produkte zu begutachten, eventuell sogar zu testen. Und wie heute ein Teil der Kundenkommunikation über neue Kanäle wie WhatsApp erfolgt, könnte sich ein anderer Teil in die virtuelle Realität verlagern.
Autor: Redaktion Zukunft. Kunde.
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