Das Netz der Netze mit ungeahnten Möglichkeiten

Obwohl es mit 5G erst in 2020 richtig losgehen soll, sorgt der neue Kommunikationsstandard bereits seit geraumer Zeit für viel Aufsehen in der Telekommunikationsbranche. Geschwindigkeit ist dabei nicht alles. Nicht nur schneller, sondern auch besser, verlässlicher und individueller soll die Kommunikation mit 5G erfolgen. Außerdem werden nicht nur Menschen miteinander kommunizieren können. Auch Autos, Heizungen und selbst Mülleimer werden zu Netzteilnehmern mit völlig anderen Bedürfnissen als Nutzer aus Fleisch und Blut. 5G ermöglicht somit das Internet der Dinge. Pure Zukunftsmusik? Nein. Viele der Bausteine für die Kommunikation mit 5G sind nämlich schon in seinem Vorgänger 4G verankert.

Aus Vier wird Fünf

Der Sprung von 4G zu 5G ist kein simples ‚plus eins‘, sondern vielmehr ein fließender Übergang mit vielen kleinen Zwischenschritten. Es ist daher nicht leicht zu bestimmen, wo 4G enden und wo die fünfte Generation beginnen wird. Sicher ist jedoch: Der neue Kommunikationsstandard wird nicht nur Mobilfunk umfassen, sondern auch das Festnetz.  

4G wird auch LTE genannt, ein Akronym für „Long Term Evolution“ – also für „langfristige Entwicklung“. Das kann man wörtlich nehmen, denn 4G ist noch längst nicht ausgereizt und auf lange Sicht – Long Term – werden die Bedürfnisse der meisten Nutzer auf Basis dieser vierten Technikgeneration befriedigt werden können. So sind LTE Advanced und sein Nachfolger LTE Advanced Pro noch lange nicht die letzte Station auf dem Weg zu 5G. Viele sind daher der Auffassung, dass 4G als Bestandteil eines generischen 5G-Standards übernommen wird und somit den Grundstein für dessen Leistungsfähigkeit bildet.

Die Basis einer vernetzten Gesellschaft

Die kommende, fünfte Generation des globalen Kommunikationsstandards unterscheidet sich allerdings von seinen Vorgängern auch in vielerlei Hinsicht. 5G ist wesentlich flexibler als die vorherigen Mobilfunkgenerationen und darauf ausgelegt, neben Kommunikationsbedürfnissen der Menschen auch die künftigen Anforderungen vernetzter Dinge zu befriedigen. Genau genommen gibt es daher nicht mehr „das Netz“ – sondern parallel betriebene, virtuelle Netze auf Basis einer gemeinsamen, physischen Infrastruktur. 5G wird also zum Netz der Netze, das die individuellen Bedarfe aller Teilnehmer erfüllen und so ungeahnte Möglichkeiten schaffen kann.

Network Slicing – Passende Netzteile für Mensch und Maschine

Um diese verschiedenen und oftmals nicht kompatiblen Anforderungen auch adäquat erfüllen zu können, wird die erstellte Netzinfrastruktur ‚intelligent‘ gemacht. Und hierin liegt die eigentliche Innovation von 5G. Die Intelligenz des Netzes entsteht über sogenanntes Network Slicing. Bisher waren Netzwerke unflexibel. Kunden (Personen, Unternehmen und Maschinen) mussten mit dem Vorlieb nehmen, was vorhanden war, und alle Netze hatten sehr ähnliche Dienste anzubieten. Mit 5G werden Netzwerke nun intelligenter, flexibler und können über das Network Slicing auf die Bedürfnisse der Kunden zugeschnitten werden. Sei es eine geringe Latenzzeit für Gamer oder robotische Anwendungen, eine besonders hohe Datenrate für UHD-Streaming oder eine möglichst energiesparende und weitreichende Schmalbandverbindung für die jahrelang wartungsfreie Kommunikation mit Milliarden von Sensoren (NarrowBand IoT).

Low Latency – Garantiert niedrige Reaktionszeiten

Mit Latency, Latenz oder auch Reaktionszeit bezeichnet man den Zeitraum zwischen einem Ereignis und dem Eintreffen einer sichtbaren Reaktion darauf. In der Telekommunikation setzt vor allem die Physik der Latenzzeit Grenzen – so bestimmt die Länge der Wege, die Daten in den Netzen zurücklegen müssen, die Dauer bis die Reaktionen für den Nutzer spürbar sind. Wie fühlt sich das an? Beispiel mobile Virtual Reality-Erlebnisse (VR): Wer sich mit der entsprechenden VR-Brille in wirklichkeitsgetreuen Welten bewegt, fordert bei einer Kopfbewegung von einem Server in der Ferne eine entsprechende Reaktion ein: eine Veränderung des Sichtfeldes, das der Bewegung und damit den Erwartungen entspricht. Die Faustregel ist hier einfach. Je geringer die Verzögerung, desto realer nimmt der Anwender die virtuellen Welten wahr. Ähnliches gilt für Online-Gaming.

Zukunftsfelder, wie das autonome Fahren, brauchen ebenfalls extrem kurze Reaktionszeiten. Die Informationen, etwa wenn ein vorausfahrendes Fahrzeug hinter der Kuppe oder Kurve bremst, müssen blitzschnell durch die Netze fließen, verarbeitet und verteilt werden. So kann sich das nachfolgende Fahrzeug entsprechend verhalten, wenn es die Information rechtzeitig bekommen hat.

Für die Industrie ist es zudem von erheblicher Bedeutung, dass die niedrigen Reaktionszeiten des Netzes nicht nur ab und zu erreicht, sondern verlässlich dauerhaft garantiert werden. Diese garantierte Latenz (maximale Verzögerungszeit) ist eine der herausragenden 5G-Eigenschaften. Die Telekomtechniker erreichen mittlerweile extrem niedrige Reaktionszeiten im 5G-Netz und können diese auch stabil garantieren. Je nach Bedarf und Servicelevel kann die 5G-Latenzzeit flexibel gewählt werden.

NarrowBand IoT – Schmalband mit Weitsicht

Die Netzinfrastruktur muss außerdem fit sein, um Maschinen, Autos und unzählige weitere Sachen im Internet der Dinge vernetzen zu können. Künftig sind nicht mehr nur ein paar Hundert Smartphones in einer Funkzelle, sondern Zigtausende von Geräten und Sensoren.

Das Schmalbandnetz (Narrowband, NB) für das Internet der Dinge (IoT) ist ein global etablierter Standard, der IoT-Lösungen ermöglicht, die mit "normalem" Mobilfunk nicht denkbar wären, da der Energieverbrauch viel zu hoch wäre und die Netze unter der Last von zigtausend Geräten und Sensoren in einer Funkzelle rasch zusammenbrechen würden. Die Schmalband-Kommunikation arbeitet mit Funkwellen (3GPP), die eine besonders großflächige Abdeckung ermöglichen. Zugleich sind sie in der Lage, dicke Betonmauern zu durchdringen und so auch entlegene Winkel eines Gebäudes bis tief in den Boden zu erreichen. Da die Sensoren meist nur stündlich oder täglich relativ kleine Datenpakete übertragen, ist ihr Energiebedarf gering. So können sie über Jahre ohne Batteriewechsel betrieben werden.

Ein Anwendungsbeispiel sind Gas- und Wasserzähler, die – im Gegensatz zu intelligenten Stromzählern – nicht an das Stromnetz angeschlossen werden. Sie sind zudem oftmals in Kellern angebracht, wo der Mobilfunkempfang in der Regel schwach oder gar nicht vorhanden ist. Mit batteriebetriebenen NarrowBand IoT Modulen kann der Anbieter die Zähler aus der Ferne ablesen, ohne dass der Kunde zu Hause sein muss.

In einer Smart City lässt sich die Schmalband-Technologie beispielsweise für die Steuerung der Straßenbeleuchtung nutzen. So können mit entsprechenden Modulen ausgerüstete Laternen selbstständig Defekte melden oder aus der Ferne gesteuert werden, beispielsweise wenn ein Sensor Fußgänger, Radfahrer oder Autos registriert. Durch die Vernetzung von Parkplätzen per NB-IoT lässt sich deren Auslastung optimieren: Ein intelligentes Parkleitsystem führt Autofahrer auf dem kürzesten Weg zum nächsten freien Parkplatz.

Flexibel für die Zukunft

Autonomes Fahren, smartes Parken, Fernablesung von Gas- oder Wasserzähler… Dies sind alles Szenarien der nahen Zukunft. Doch was passiert danach? Welche Anwendungen nutzen wir dann? Früher hatte eine neue Technik gewisse charakteristische Merkmale – und danach musste sich alles, was damit arbeiten wollte, richten. 5G aber dreht den Spieß um. Die visionäre Anwendung gibt den Bedarf vor und das Netz muss flexibel reagieren. Welche Anwendungsszenarien auf Basis von 5G im Laufe der Zeit noch entstehen werden, können wir heute also kaum vorhersehen. Entscheidend ist: ein intelligentes Netz ist die Grundlage. Das Netz, das sich an visionäre Ideen anpasst.

Weitere Infos im Special 5G der Deutschen Telekom.