Die Vorteile von 5G

Der 5G-Standard schraubt nicht nur die mobile Datenrate auf bis zu 20 GBit/s – bei einer garantierten Datenrate von bis zu 1 GBit/s an jedem Punkt des Netzes. Die neue Technik bietet unter anderem auch eine rund 1000-fach höhere Kapazität, sodass mehr Teilnehmer und Geräte das Netz parallel nutzen können. Eine Million Verbindungen pro Quadratkilometer sollen möglich sein. Ein weiterer Vorteil von 5G ist die geringere Energieaufnahme: Die Mobilfunkanbieter rechnen mit 90 Prozent weniger Stromverbrauch im Vergleich zum Vorgänger.

Über die neue Netztechnik werden irgendwann Milliarden unterschiedlichster Geräte weltweit miteinander verbunden sein. Daher ist die Verlässlichkeit der Technologie äußerst wichtig. So soll 5G zum Beispiel auch im Zug bei 500 Kilometern pro Stunde funktionieren. Mit LTE/4G ist laut Spezifikation bei 350 Kilometern pro Stunde Schluss. Aber wer einmal mit dem ICE unterwegs war, der weiß, dass in der Praxis bereits deutliche geringere Fahrgeschwindigkeiten für Probleme sorgen.

Doch vor allem durch die extrem niedrige Latenzzeit von 1 Millisekunde – 10- bis 30-mal geringer als bei LTE/4G – eröffnen sich mit 5G völlig neue Möglichkeiten. Erst solch kurze Reaktionszeiten erlauben Echtzeit-Anwendungen wie zum Beispiel das entfernte Steuern von Operationsrobotern. Für die Industrie spielen niedrige Latenzen ebenfalls eine bedeutende Rolle: „In der Industrie sind kurze Reaktionszeiten vor allem bei Produktionsprozessen wichtig. Wenn bei der Herstellung eines Autos beispielsweise vier oder fünf maschinelle Anwendungen hintereinander genau aufeinander abgestimmt sein müssen, braucht es Echtzeit-Kommunikation. Nur so greift ein Rädchen ins andere“, so Vodafone-Technik-Geschäftsführer Kuisch. Komme es bei der ersten Anwendung zu einer Verzögerung, dann schaukele sich diese über die weiteren Stationen auf. So entstünden Produktionsfehler. Auch wenn mehrere Maschinen direkt miteinander oder mit dem Menschen interagierten, sei Echtzeit-Kommunikation wichtig.

„Die Latenzzeit ist eine grundlegende Eigenschaft für IP-basierte Netze“, fasst Michael Lemke, Senior Technology Expert beim Telekommunikationsausrüster Huawei, die Bedeutung der Reaktionszeit zusammen. „Es ist vielleicht nicht allgemein bekannt, aber ohne geringe Latenzzeiten kann man auch keine hohen Datenraten erreichen, da viele Datenprotokolle auch auf einer Bestätigung beruhen, die vom Empfänger nach Eingang eines Datenpakets gesendet wird.“

Die niedrigen Latenzen funktionieren jedoch aufgrund physikalischer Grenzen nur über vergleichsweise geringe Distanzen. Daher dürfte mit 5G vor allem das Edge-Computing beziehungsweise Fog-Computing inte­ressant werden. Dabei wird ein Großteil der anfallenden Daten bei Bedarf in Echtzeit vor Ort verarbeitet und lediglich zeitunkritische Daten an weiter entfernte Ressourcen weitergeleitet.

5G geht jedoch über den reinen Mobilfunk hinaus und definiert auch völlig neue Netzwerkinfrastrukturen. Eine wesentliche Veränderung, etwa gegenüber LTE/4G, liegt darin, dass 5G bisherige Netzgrenzen technischer und betrieblicher Art auflöst. So verschmelzen zum Beispiel Festnetz und Mobilfunk sowie WLAN-Segmente zu einem einzigen großen Netzwerk. Dieses umspannt sämtliche Infrastrukturen und schaltet die einzelnen Kapazitäten zu einem großen virtuellen Netz zusammen. Dabei soll das softwarebasierte, virtuelle Netzwerk intelligent werden und sich dynamisch und differenziert an die Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen anpassen können. Immer mehr Hardware-Komponenten sollen kostengünstig als Software-Lösung implementiert werden.

Ein Beispiel für die virtuelle Infrastruktur eines 5G-Netzes ist die Technik Network-Slicing: Nutzer und Anwendungen haben unterschiedliche Anforderungen an Datenraten oder Kapazitäten. Network-Slicing ermöglicht es, einen Teil der 5G-Infrastruktur anwendungsbezogen und auf Abruf bereitzustellen – als eigenes Netzwerk mit angepassten Eigenschaften wie einer zugesicherten Datenkapazität oder Reaktionszeit. „Diese (…) Technologie ist die eigentliche Revolution bei der Einführung von Mobilfunknetzen der 5. Generation“, so Michael Lemke von Huawei.

Laut Helge Erik Lüders, Manager Radio Network Strategy beim Mobilfunkbetreiber Telefónica Deutschland, ändert sich mit 5G die Architektur des Netzes grundlegend. „Konzepte wie Network Function Virtualization (NFV) und Network-Slicing werden eine flexible und damit hoch effiziente Nutzung der Hardware-Komponenten erlauben, die viele innovative Anwendungen überhaupt erst möglich machen.“