Die Bedeutung der kommenden Mobilfunkgeneration geht weit über eine reine Beschleunigung der Bandbreiten hinaus. 5G ermöglicht gänzlich neue Lösungen und treibt die industrielle Entwicklung mit einem großen Schritt voran.

Viele IT-Profis können sich noch an die ersten Mobiltelefone erinnern. Die vergleichsweise klobigen Geräte dienten in den achtziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts vor allem zur analogen Übertragung von Sprache. Die damalige erste Mobilfunkgeneration basierte auf heute nur noch kaum bekannten Techniken wie AMPS, NMT und TACS. In den Neunzigern wurde mit GSM die zweite Mobilfunkgeneration eingeführt. Sie brachte nicht nur neue Übertragungsmöglichkeiten wie das Versenden und Empfangen von SMS, sie war auch bereits digital. Darauf folgte die dritte Generation WCDMA zu Beginn des neuen Jahrtausends und danach die derzeit aktuellen Übertragungsstandards LTE und LTE Advanced, auch 4G genannt.

Mit schnellen Schritten in die mobile Zukunft

Nun stehen wir am Beginn eines neuen Zeitalters in der mobilen Übertragung von Daten. Die fünfte Mobilfunkgeneration oder abgekürzt 5G wird seit 2016 vom 3rd Generation Partnership Project (3GPP), einer weltweiten Kooperation aus mehreren Fachgremien zusammen mit der International Telecommunication Union (ITU), vorangetrieben.

5G ist aber weit mehr als „nur“ eine neue Mobilfunkgeneration. Der im vergangenen Jahr im Standalone-Release 15 (SA 15) festgelegte Standard soll nicht einfach nur schneller als die Vorgänger sein. 5G wird Latenzen von – in der Theorie – bis zu 1 ms ermöglichen. Bislang war das nur mit an Kabel gebundenen Glasfaserverbindungen möglich. Diese äußerst geringen Latenzen sind eine Voraussetzung für Echtzeit-Anwendungen aller Art, aber auch Virtual Reality und Augmented Reality können dadurch einen deutlichen Schub erhalten.

Möglich werden diese technischen Fortschritte unter anderem durch ein breiteres Frequenzspektrum, das Dank einer verbesserten spektralen Effizienz auch weit besser ausgenutzt werden kann. Außerdem wird bei 5G die Zahl der Mobilfunkzellen deutlich erhöht, so dass pro „Small Cell“ weniger Nutzer eingebucht sind. Dadurch erhöht sich die Bandbreite, die jeweils zur Verfügung steht. Dazu kommen moderne Technologien wie MIMO (Multiple Input/Multiple Output), Massive MIMO und Beamforming. Mit ihnen lassen sich nicht nur mehr Übertragungswege nutzen, die Funkausbreitung zum Anwender kann damit auch weit dynamischer gesteuert werden.

Schlüsseltechnologie für den Industriestandort Deutschland

Aber nicht nur das. 5G gilt auch als „IoT-Enabler“ für die Zukunft der Kommunikation. Das Internet of Things breitet sich zunehmend aus. Laut der aktuellen Vodafone-Studie „IoT Barometer 2019“ nutzen bereits 34 Prozent der befragten Unternehmen das Internet der Dinge. In den Branchen Transport, Herstellung und Finanzen sind es sogar noch mehr. 60 Prozent der Teilnehmer gehen zudem davon aus, dass IoT ihren jeweiligen Wirtschaftsbereich in den kommenden fünf Jahren völlig verändern wird. Das lässt sich aber nur mit schnellen und verlässlichen Anbindungen erreichen, wie sie 5G bieten wird. 52 Prozent der von Vodafone befragten Unternehmen will deswegen so schnell wie möglich auf die neue Mobilfunktechnik umsteigen beziehungsweise sobald sie verfügbar ist.

Auch der Bitkom-Verband hat sich mit 5G beschäftigt. Der Bitkom-Präsident Achim Berg hat die neue Mobilfunktechnik bereits als „Schlüsseltechnologie für den Industriestandort Deutschland“ bezeichnet. Berg weiter: „Sehr hohe Geschwindigkeiten und ultrakurze Reaktionszeiten sind die Basis für die smarte Fabrik.“ Die deutsche Industrie bekomme mit 5G einen enormen Schub. Viele Unternehmen hätten die Relevanz aber noch nicht erkannt. Für 55 Prozent der Industrieunternehmen sei die 5G-Versorgung derzeit noch kein Thema. „Wer sich jetzt nicht mit 5G beschäftigt, riskiert das Geschäft von morgen“, warnt Berg eindrücklich.

Ein weiterer Vorteil der neuen Technik ist, dass sie eine erheblich genauere Lokalisierung ermöglichen wird. Wissenschaftler forschen derzeit an einer Genauigkeit von unter einem Meter. Damit ist beispielsweise eine Positionierung möglich, die weit über dem liegt, was bislang mit GPS erreicht werden kann. Neben der höheren Genauigkeit zeichnet sich 5G unter anderem auch durch eine gesteigerte Zuverlässigkeit, einen geringeren Energieverbrauch und eine höhere Skalierbarkeit aus. Das ermöglicht auch zeitkritische Anwendungen in industriellen Prozessen, für die etwa sogenannte „Earables“ benötigt werden.

Mit 5G wird es möglich sein, sowohl große Roboterflotten zu steuern, als auch bislang schwer zu erreichende industrielle Maschinen oder abseits gelegene Standorte mit dem Internet zu verbinden. Die Einbindung in Bereiche wie Produktion und Lager wird zu weiteren Vorteilen führen, wie einer erhöhten Produkt- und Prozessqualität sowie geringeren Kosten. Bis es soweit ist, muss aber erst noch die zugrundeliegende Infrastruktur geschaffen werden.

Die Glasfaser ist das Rückgrat der neuen Mobilfunkgeneration

Mitte Juni dieses Jahres wurde die Auktion zur Vergabe der 5G-Frequenzen nach drei Monaten beendet. Nun müssen die Provider handeln. Bereits bis Ende 2022 soll eine Abdeckung von 98 Prozent der Haushalte in jedem Bundesland mit einer Übertragungsrate von mindestens 100 MBit/s im Download an das mobile Netz erreicht sein. Ebenso sollen bis Ende 2022 alle Schienenwege mit mehr als 2.000 Passagieren pro Tag sowie alle Bundesautobahnen und die wichtigsten Bundesstraßen ebenfalls mit 100 MBit/s angebunden werden. Alle übrigen Schienenwege sollen bis Ende 2024 mit zu 50 MBit/s genutzt werden können.

Um diese ehrgeizigen Ziele zu erreichen, müssen bis Ende 2022 rund 1.000 neue Basisstationen im Bereich bis 3,6 GHz in Betrieb genommen werden. Jede der Basisstationen muss aufgrund der erforderlichen Bandbreiten per Glasfaser angebunden werden. Die teilweise bisher genutzten Kaskaden aus per Richtfunk angeschlossenen Stationen wird es nur noch in Ausnahmefällen geben.

Der Aufbau der 5G-Netze wirkt sich also auch auf die Verbreitung von Glasfasernetzen aus. Einerseits werden, wie bereits erwähnt, neue Kapazitäten benötigt, um die Sendeanlagen zu versorgen. Andererseits werden dadurch aber manche Verbindungen direkt zu den Endanwendern (Fibre to the Home bzw. Fibre to the Building) überflüssig, da sie stattdessen per Funk abgedeckt werden können. Für viele Kunden ergibt sich daraus ein Preisvorteil. Sie profitieren also doppelt: Auf der einen Seite durch die neue Technik und ihre handfesten Vorteile wie die äußerst geringen Latenzen und höheren Bandbreiten. Auf der anderen Seite durch den zunehmenden Wettbewerb und sinkende Kosten.

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Die für 5G erforderlichen Small Cell Networks benötigen eine solide Infrastruktur auf Basis der bewährten Glasfaser. Die Bandbreiten müssen die einzelnen Antennen ja nicht nur erreichen, sondern auch von ihnen wieder abgeleitet werden können. Ein Beispiel aus der Praxis: Für etwa ein Kongresszentrum wird nicht mehr wie bisher eine einzelne große Antenne auf dem Dach benötigt, sondern je nach Situation zwischen 20 und 50 Small Cells. Diese können teilweise direkt in den Stockwerken untergebracht werden.

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