Warten auf 5G

Schon bald können sich die großen Mobilfunkanbieter die Frequenzen für den Mobilfunkstandard der fünften Generation sichern. Während sie mit den Vergabevoraussetzungen hadern, ergeben sich für Mittelständler ganz neue Chancen für innovative Geschäftsmodelle und Anwendungen.

Im Hamburger Hafen hat die mobile Zukunft bereits begonnen: Seit Januar 2018 testet die Hamburg Port Authority (HPA) zusammen mit der Telekom und dem Netzwerkzulieferer Nokia auf einem 8.000 Hektar großen Areal den neuen 5G-Funkstandard auf seine industrielle Einsatzfähigkeit unter Live-Bedingungen. Auf dem Prüfstand stehen gleich drei neuartige Anwendungen: Einmal sollen auf Schiffen der HPA-Tochter Flotte Hamburg installierte Sensoren Bewegungs- und Umweltdaten in Echtzeit aus großen Teilen des Hafengebiets liefern. Dann soll die Leitzentrale über eine mit dem Mobilfunknetz verbundene Ampel aus der Ferne die Verkehrsströme steuern und Lkw schnell und sicher durch das Hafengebiet lotsen. Beim dritten Projekt werden spezielle 3D-Informationen an eine Augmented-Reality-Anwendung übertragen. Mit einer neuartigen Brille können Ingenieure Gebäudedaten von künftigen oder ehemaligen Bauwerken in der realen Umwelt betrachten und direkt im Hafengebiet Bauplanungen überwachen und verbessern.

Der gesamte Feldversuch findet im Rahmen des EU-Projektes MoNArch (Mobile Network Architecture) statt und ist auf zwei Jahre angelegt. Doch schon jetzt sind die Projektpartner überzeugt, dass komplexe mobile Anwendungen mit jeweils unterschiedlichen Anforderungen in einem einzigen Netz zuverlässig funktionieren – und zwar dank sogenannter Network Slices (Netzwerkscheiben). Technisch bedeutet das, dass 5G dafür das örtliche Mobilfunknetz in der Testumgebung in kleinere virtuelle Netze unterteilt, wobei jede dieser Scheiben eine spezielle Anforderung unterstützt. Auf diese Art entstehen separate, virtuelle Netze, beispielsweise für die Steuerung der Ampelanlage und für die Übertragung von Umweltmessdaten. Diese neue Netzarchitektur erlaubt es erstmals, die Kommunikation der Daten dynamisch und flexibel an die Anforderungen verschiedenster Anwendungen anzupassen. Für den HPA-Chef Jens Meier ist 5G „die Grundlage, um anspruchsvolle Aufgaben aus der Industrie zu lösen und der Digitalisierung endgültig zum Durchbruch zu verhelfen“. 

SO FUNKTIONIERT DIE TECHNIK 

Das Netz der fünften Generation ist leistungsstärker, schneller und engmaschiger.

Schnelle Datenübertragung: 5G verzehnfacht die Datenrate im Mobilfunknetz im Vergleich zu LTE. Bei einer Geschwindigkeit von zehn Gigabit pro Sekunde werden auch datenintensive Augmented-Reality-Anwendungen möglich.

Schnelle Reaktionszeit: 5G ermöglicht den Zellenwechsel zwischen den Mobilfunkmasten unterbrechungsfrei und zeitgleich mit einer Reaktionszeit (Latenzzeit) von unter einer Millisekunde. Das schafft die Grundlage etwa für selbstfahrende Autos.

Geringer Abstand: Damit die Daten für 5G in Echtzeit übertragen werden können, muss der Abstand vom Gerät zum Funkmast möglichst gering sein und dieser Mast muss an das Glasfasernetz angeschlossen sein. Denn nur über diese Kabel können Daten in Lichtgeschwindigkeit übertragen werden. Um eine sichere Abdeckung mit 5G zu garantieren, braucht Deutschland ein engmaschiges Netz aus Funkmasten. 

Zehnfache Datenkapazität

Das liegt unter anderem daran, dass der neue Mobilfunkstandard 5G, dessen Frequenzen demnächst versteigert werden, wesentlich schneller und leistungsfähiger als bisherige Netze sein wird. Allein die Datenkapazität für mobile Technologien und Anwendungen steigt auf das Zehnfache im Vergleich zum Mobilfunkstandard der vierten Generation LTE (Long Term Evolution). Die klassischen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen werden damit aufgelöst, alles kann mit allem vernetzt werden, und zwar gleichzeitig. So avanciert 5G zur Schlüsseltechnik im Internet der Dinge (IoT), in dem mit Sensoren ausgestattete Geräte und Maschinen in Echtzeit miteinander kommunizieren (M2M-Kommunikation).

Damit das innovative 5G-Netz auch fehlerfrei funktioniert, muss aber nicht nur die Technik stehen, sondern es müssen auch einheitliche Standards etabliert werden. Auch wichtig: Die Netzabdeckung muss verlässlich verfügbar sein. Netzbetreiber wie die Telekom, Telefónica und Vodafone investieren deshalb Milliarden von Euro in den Aufbau und Ausbau von neuen 5G-Funktürmen, Netzwerkinfrastrukturen sowie in Forschung und Tests von ausgeklügelten Industrieanwendungen wie etwa im Hamburger Hafen.

Fernsteuern in Echtzeit

In Aldenhoven bei Düsseldorf tüfteln Forscher und Wissenschaftler seit einigen Jahren im 5G Mobility Lab des Anbieters Vodafone gemeinsam mit Partnern an Anwendungen, die mit einer wirklichen Echtzeitübertragung der Daten funktionieren. Techniker konnten zum Beispiel erstmals ein Auto aus mehr als 60 Kilometern Entfernung verzögerungsfrei steuern. „Mit 5G startet das Zeitalter des taktilen Internets. Mobilfunk wird so bereit sein für die Fernsteuerung von Robotern ohne Verzögerung“, erklärt Gerhard Fettweis, Inhaber des Vodafone-Lehrstuhls Mobile Kommunikationssysteme an der TU Dresden.

Die möglichen Anwendungen reichen von Virtual- und Augmented-Reality-Anwendungen über autonom fahrende und vernetzte Autos. Mit der blitzschnellen Übermittlung von Daten gelingt auch die Automatisierung in der Produktion und in der Logistik, zudem wird sie neue Anwendungen in der Bau-, Agrar- und Fertigungsindustrie ermöglichen. „Unternehmen aller Branchen des produzierenden Gewerbes werden davon profitieren“, erklärt Roland Bent, Vorstandsmitglied im Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie (ZVEI). „Wenn die richtigen Rahmenbedingungen gesetzt werden, kann Deutschland zum Leitmarkt und Leitanbieter von industriellen 5G-Anwendungen werden“, sagt er. Der ZVEI erwartet, dass bereits in diesem Jahr erste 5G-Anwendungen im industriellen Umfeld im Regelbetrieb umgesetzt werden. „Zunächst eher bei den größeren Unternehmen, aber sicher auch bei den führenden mittelständischen Automatisierern“, so Bent.

Die Hoffnungen aller Beteiligten sind groß, denn 5G könnte ganze Branchen revolutionieren. Maschinen und Produktionsanlagen können in Echtzeit Daten austauschen und mit dem Menschen vor Ort interagieren. Vodafone zeigte zum Beispiel, wie autonom fahrende Roboter Mitarbeitern in einer Industriehalle auf Zuruf die benötigten Materialien zum Arbeitsplatz bringen. Kollege Roboter hört zu und ist sofort zur Hand. Baufirmen können Kräne auf Baustellen aus der Ferne steuern, Logistikanbieter können ihren Transport von Gütern auf Schiene und Straße in Echtzeit steuern und überwachen. Auch der Gesundheitsbereich erhält neue Möglichkeiten: Chirurgen sind durch die Hilfe von modernen Medizinrobotern in der Lage, sogar Tausende Kilometer weit weg aus Übersee komplizierte Operationen durchzuführen.

Private Spezialnetze für die Industrie

Nicht nur Konzerne, auch mittelständische Unternehmen werden von 5G profitieren, ist Stephan Albers, Geschäftsführer des Bundesverbands Breitbandkommunikation (BREKO) überzeugt. Er sieht vor allem Chancen für das produzierende und verarbeitende Gewerbe. „Maschinen werden in Zukunft deutlich schneller und zuverlässiger über 5G miteinander kommunizieren können, als über bisher bestehende mobile Netze“, sagt er. Was vielleicht noch interessanter ist: „Sie profitieren auch von den Möglichkeiten zur Vernetzung innerhalb eines Standorts, um etwa Produktionsanlagen besser steuern zu können. Mit sogenannten Campuslösungen können sie ein eigenes, lokal begrenztes Netz installieren“, erklärt Albers. „Der Innovationsschub von 5G liegt weniger im öffentlichen Mobilfunk, sondern im Bereich von lokalen Spezialnetzen für die Industrie“, sagt auch Marius Corici vom Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme.

» Maschinen werden deutlich schneller und zuverlässiger über 5G kommunizieren können, als über bisher bestehende mobile Netze. « 
Stephan Albers, Bundesverband Breitbandkommunikation (BREKO)

Partner dieser Spezialnetze können zum Beispiel lokale Telekommunikationsunternehmen sein, die den Standort und die regionalen Gegebenheiten kennen. „Die Bundesnetzagentur hat in ihren Entscheidungen zur 5G-Frequenzvergabe entschieden, dass extra für solche lokalen Lösungen Frequenzbereiche reserviert werden“, erklärt BREKO-Geschäftsführer Albers. „Durch die lokale Vergabe von Frequenzen besteht zumindest die Wahlmöglichkeit, auf ein öffentliches Netz zurückzugreifen oder unabhängig von den etablierten Mobilnetzbetreibern ein privates 5G-Netz lokal auf dem Werksgelände zu betreiben“, sagt ZVEI-Vorstandsmitglied Bent.

Für Gerhard Fettweis von der TU Dresden eignen sich solche Campuslösungen auch für Landwirte. Experten zufolge schlummert im landwirtschaftlichen Internet der Dinge ein Milliardenmarkt. Denn Agrarkonzerne und Landwirte setzen zunehmend Roboter ein, etwa bei der Unkrautentfernung, zum Melken der Kühe oder zum präzisen Einsatz von Dünger. Und die Vernetzung von Maschinen und Sensoren funktioniert mit 5G überall – egal ob im Containerhafen oder auf dem Maisfeld.

5G ALS TURBO FÜR DAS INTERNET DER DINGE

Quer durch alle Branchen profitieren Mittelständler vom neuen Mobilfunkstandard. Mögliche Einsatzbereiche sind:

Autonomes Fahren
Selbstfahrende Autos halten in Echtzeit Kontakt zu Zentralcomputern, die helfen, auf jede Verkehrssituation zu reagieren. Weniger Unfälle und Verkehrsopfer und weniger Staus sind die Vorteile. Damit autonome Autos überall fahren können, muss 5G allerdings flächendeckend verfügbar sein.

Wartung
AR-Anwendungen blenden Wartungstechnikern wichtige Informationen in ihre Wartungsbrillen ein. Dies geschieht entweder automatisch oder durch einen zugeschalteten Experten von jedem beliebigen Standort.

Warenlogistik
Produkte können direkt auf Nachfrage geliefert werden, Lagerhaltung wird überflüssig. Die Waren lassen sich in Echtzeit verfolgen. Die gesamte logistische Kette wird beschleunigt, Ressourcen werden gespart. Das Zukunftsziel lautet fahrerlose Kurierfahrzeuge.

Smart City
Mit Informationen von Echtzeit-Datenerfassung aus Umwelt, Energie (Smart Grids), Verkehr und öffentlichem Nahverkehr können Stadtentwickler den Verkehrsfluss effizient lenken, den Energieverbrauch senken und die Ressourcen schonen.

Gesundheitsbranche
Ärzte können über Roboter aus der Entfernung operieren, die häusliche Versorgung kann ebenfalls aus der Ferne erfolgen.

AR- und VR-Dienste
Neue AR- und VR-Dienste wie hochauflösendes Fernsehen, Hologramme bei Telepresence-Anwendungen werden mit dem leistungsstarken 5G-Netz möglich.

Fabrikautomation
Maschinen tauschen während des Produktionsprozesses automatisch untereinander in Echtzeit Millionen von Daten über das 5G-Netz aus. Die Fehlerwahrscheinlichkeit wird auf ein Minimum reduziert.

Landwirtschaft
Felder und Anbauflächen werden von Drohnen gescannt, um unterschiedlichen Düngebedarf zu ermitteln; Nutztiere werden mit Sensoren ausgestattet, die den Landwirt über das 5G-Netz über ihren Zustand informieren. So kann er das Melken oder Scheren zeitlich optimieren.

Quelle: Creditreform Magazin
Text: Iris Quirin

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