Die Ansprüche an die neue Generation des Mobilfunks sind enorm. Hohe Datenraten sollen nicht nur das Erlebnis für Endnutzer auf eine neue Stufe heben, sondern vor allem Echtzeit-Fähigkeit ermöglichen. Diese Entwicklung wird das Mobilfunknetz der Zukunft zur universellen Plattform für die Industrie 4.0, das Internet of Things, Augmented Reality und Fahrzeugkommunikation machen. Noch sind einige Hürden zu nehmen bis eines der ambitioniertesten Großprojekte unserer Zeit Realität wird. Das Fraunhofer HHI informiert aber schon mal auf der Hannover Messe 2017 über Konzepte und Technologien.

Rund alle zehn Jahre macht die globale Telekommunikationsinfrastruktur einen Schritt nach vorne. Nachdem die analogen Sprachdienste der ersten Generation durch digitale abgelöst wurden, wurde um die Jahrtausendwende mit UMTS die dritte Mobilfunkgeneration 3G etabliert und garantierte mit dem Internet Protocol (IP) als Vermittlungstechnik höhere Datenraten und damit Endnutzern einen mobilen Zugang zum Internet. Die Steigerung der Datenraten und Kapazitäten war auch bei der Übertragungstechnik LTE (Long Term Evolution) relevant, mit deren Einführung um 2010 die vierte Generation des Mobilfunks begann und erstmals Übertragungsgeschwindigkeiten um 150 Megabit pro Sekunde ermöglichte. Auch Telefonie wird nun vermehrt über Internet Protocol abgewickelt, so dass zwischen Daten und Sprache nicht mehr unterschieden wird.

Der Weg ins taktile Internet

Zurzeit wird weltumspannend an der fünften Generation der Telekommunikationsinfrastruktur geforscht, wobei auch Entwickler vom Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI eine große Rolle spielen. Technische Ziele sind eine Steigerung der Datenrate auf zehn Gigabit pro Sekunde – also 30-mal schnellere Übertragungen als in aktuellen LTE-Systemen – und ein Senken der Verzögerungszeiten auf eine Millisekunde. In einem beispielhaften Anwendungsfall würde die niedrige Latenzzeit bedeuten, dass ein Mensch, der einer Maschine einen Steuerimpuls über 5G schickt, keine Verzögerung in der Ausführung bemerkt. Angesprochene Geräte lassen sich also in Echtzeit steuern und »berühren«, weshalb in diesem Zusammenhang oft vom taktilen Internet gesprochen wird.

Durch die Echtzeitkommunikation mit Maschinen und weiteren verbundenen Geräten nehmen die Informationsmengen, die vom Mobilfunknetz übertragen werden müssen, drastisch zu, weshalb neue Strategien erforderlich sind, mit diesen umzugehen. »Dazu müssen Daten nahe an den Quellen gefiltert und analysiert werden, wodurch eine schnelle Reaktionsfähigkeit von Systemen möglich wird«, sagt Professor Slawomir Stanczak, Co-Leiter der Abteilung »Wireless Communications and Networks« am Fraunhofer HHI. Das so genannte »Edge Computing« schickt Informationen also erst ins Internet, nachdem sie an Knotenpunkten vorgefiltert wurden. »Geschwindigkeit ist nicht alles. Wichtig sind sichere, extrem verlässliche Verbindungen, die es mit kabelgebundenen Systemen aufnehmen können«, so Stanczak weiter. Zum jetzigen Zeitpunkt hat die Datenübertragung per Glasfaserkabel gegenüber dem Mobilfunknetz in puncto Zuverlässigkeit einen Vorsprung. Ansätze, die Störanfälligkeit zu minimieren, sind beispielsweise flexibel ausrichtbare Antennen, eine optimierte Signalverarbeitung oder bestimmte Frequenzen, die Reflexionen in Gebäuden nutzen.

Die Evolution des Mobilfunknetzes. Bild: Fraunhofer HHI

Die Plattform der Zukunft

Doch wer wird von den Fortschritten des Mobilfunknetzes profitieren? Die hohe Bandbreite nützt natürlich zuallererst dem einzelnen Endverbraucher, zum Beispiel beim Streamen hochauflösender Videos oder beim Erleben von erweiterten und virtuellen Realitäten. Doch viel bedeutender ist, dass die Mobilfunkinfrastruktur eine Plattform für viele Branchen werden kann, die heute noch auf Glasfaser gestütztes Internet zurückgreifen. Die hohe Datenrate und niedrige Verzögerungszeit von 5G ermöglichen, eine Vielzahl von Maschinen und Geräten in Echtzeit miteinander zu vernetzen. So ist mit großer Sicherheit davon ausgehen, dass sich der neue Standard in der smarten industriellen Produktion, der Industrie 4.0, und dem Internet of Things durchsetzen wird. Durch die Entwicklung des taktilen Internets lassen sich Industrieroboter aus der Ferne über 5G in Echtzeit lenken, als stünde man unmittelbar an der Steuerkonsole der Maschine selbst. Aber auch für das autonomen Fahren wird das revolutionäre Mobilfunknetz ein wichtiger Faktor werden. Gerade in der Fahrzeugkommunikation und -kontrolle können die ultraschnellen Übertragungsraten Unfälle vermeiden oder sogar Leben retten.

Das Fraunhofer HHI entwickelt gemeinsam mit Herstellern, Netzbetreibern und Forschungseinrichtungen – insbesondere der Technischen Universität Berlin und dem Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme FOKUS – eine Vorabversion des Mobilfunknetzes 5G und macht es in einer Testumgebung für Nutzerinnen und Nutzer erlebbar. »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«, so Stanczak. Im Projekt »FANTASTIC-5G« versuchen die Forscher des Fraunhofer HHI den neuen Mobilfunkstandard auch europaweit voranzutreiben, indem sie eine universal einsetzbare, skalierbare Schnittstelle für 5G-Mobilfunknetze schaffen. Darüber hinaus ist in diesem Frühjahr das Verbundprojekt »IC4F« (Industrial Communication for Factories) gestartet, an dem das Fraunhofer HHI beteiligt ist und in dem 5G von großer Bedeutung ist. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit mehr als 10 Millionen Euro gefördert und wird von den Forschern des Fraunhofer HHI vom 24. bis 28. April auf der Hannover Messe in Halle 2, Stand C16/C22 vorgestellt. (adz)

Weitere Informationen

Keine Kommentare vorhanden

Das Kommentarfeld darf nicht leer sein
Bitte einen Namen angeben
Bitte valide E-Mail-Adresse angeben
Sicherheits-Check:
Sieben + = 7
Bitte Zahl eintragen!
image description
Experte
Alle anzeigen
Prof. Dr. Slawomir Stanczak
  • Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik Heinrich-Hertz-Institut HHI
Weitere Artikel
Alle anzeigen
Tomorrow's Industry: What's next?
Fraunhofer »en detail« – auf der Hannover Messe
Souveränität über die eigenen Daten
Stellenangebote
Alle anzeigen