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StartseiteComputer und KommunikationHunger nach Bandbreite12.07.2014

5G-NetzwerkHunger nach Bandbreite

Zehnmal mal so viele Teilnehmer im Mobilfunknetz werden für das Jahr 2020 erwartet. Neben Menschen mit ihren Smartphones und Tablets werden auch eine Menge Geräte wie Sensoren, Autos oder Kühlschränke ein eigenes Netzwerkinterface haben. Die mobilen Netze der Zukunft sollen eine Tausend mal größere Kapazität haben. Und um das zu erreichen sind ausgefeilte Technologien nötig, denn freie Frequenzen sind Mangelware.

Von Friederike Maier

Telefonierende Menschen am Samsung.Stand des "Mobile World Congress" in Barcelona (picture alliance / dpa)
Die größte Herausforderung für die nächste Mobilfunkgeneration ist die Erhöhung der Kapazität um das tausendfache bei gleichen Kosten und Energieverbrauch. (picture alliance / dpa)
Weiterführende Information

5G - der Mobilfunk der Zukunft  (Deutschlandfunk, Forschung aktuell, 30.06.2014)

MIMO - Multiple-Input-Multiple-Output - heißt eine Technik, die hier zum Einsatz kommt. Bei MIMO werden mehrere Sende- und Empfangsantennen mit einem speziellen Algorithmus gemeinsam verwendet, wodurch in das gleiche Frequenzband mehr Daten passen. Und durch die spezielle Ansteuerung der Antennen kann auch eine Richtwirkung erzeugt werden. Das Signal wird dann nur in die Richtung des Empfängers gesendet. In einer anderen Richtung kann die gleiche Frequenz für eine andere Verbindung benutzt werden. Die Mobilfunker fordern außerdem Regelungen für eine gemeinsamen Nutzung von bestimmten Frequenzbändern mit anderen Systemen. Freies Spektrum gibt es eigentlich nur noch bei den höheren Frequenzen. Untersucht wird für 5G der Bereich zwischen 6 und 100 Gigahertz. Doch die Verwendung von immer höheren Frequenzen hat seine Tücken meint Professor Simon Saunders vom UK Spectrum Policy Forum.

"Das ist einerseits schwierig, weil hohe Frequenzen nicht weit reichen. Also brauchen wir eine große Anzahl an Zellen, eine Menge kleiner Access Points, um das Spektrum gut auszunutzen. Diese Wellen gehen zum Beispiel nicht sehr gut durch Wände durch. Und andererseits gibt es die Hardware und die Technik für Millimeterwellen bisher nur für Radarsysteme oder Wetterradar. Und diese Technik in billige Geräte für die Hosentasche zu bekommen, das ist eine Herausforderung."

Trotzdem werden diese hohen Frequenzen für sehr kleine Zellen in Betracht gezogen. Mit diesen Small Cells kann nämlich gleichzeitig auch der Durchsatz gesteigert werden. Je kleiner die Zellen sind, desto mehr Geräte können mit mehr Bandbreite versorgt werden.

Kunden könnten ihre eigenen Basisstationen betreiben

Die Access Points für kleine Zellen werden aber nicht unbedingt vom Mobilfunkprovider selbst aufgestellt. Sondern in Zukunft könnten Kunden ihre eigenen kleinen Basisstationen betreiben. Dann aber wird das Management extrem aufwendig. Deshalb soll sich das Netzwerk hinter den kleinen Zellen möglichst selbst organisieren. Die Provider versprechen sich viel von Software Defined Networks. Die sollen genügend Flexibilität bieten, ganz verschiedene Geräte und Anwendungen möglichst günstig ins Netz einzubinden.

Julius Müller vom Fraunhofer FOKUS Institut arbeitet an der praktischen Realisierung eines 5G Netzwerkes.

"Unser Ansatz ist, die Netzwerkarchitektur flacher zu gestalten. Stichwort Local Edge Computing, eben die Dienste nah an den Nutzer zu bringen. Vielleicht sogar neben die Basisstation integrieren um eben von einem geringeren Delay zu profitieren. Um Dienste wie Augmented Reality oder andere Echtzeitanforderungen unterstützen zu können."

Größte Herausforderung ist die Erhöhung der Kapazität

Ein ganzer Zoo an Technologien aus ganz verschiedenen Bereichen steht also zur Diskussion, um in der nächsten Mobilfunkgeneration zum Einsatz zu kommen. Verschiedene Forschungszentren und -projekte arbeiten daran, daraus ein funktionierendes System zu machen. An der Universität Surrey in Großbritannien wird momentan ein 5G Innovation Center aufgebaut. Es widmet sich einzig der Entwicklung der zukünftigen Mobilfunktechnik. Der chinesische Mobilfunkkonzern Huawei hat Anfang des Jahres angekündigt über 400 Millionen Euro in die Entwicklung von 5G zu investieren. Süd Korea will über eine Milliarde Euro für die 5G Forschung bereitstellen.  Und im Forschungsprojekt METIS soll für die Integration der verschiedenen 5G Technologien ein Konzept entwickelt werden. METIS wird von der EU mit knapp 16 Millionen Euro finanziert und hat 29 Projekt-Partner aus der Mobilfunkindustrie und Wissenschaft. Olav Queseth von Ericsson ist Projektkoordinator bei METIS:

"Wir machen zwei Dinge. Zum einen erarbeiten wir ein Gesamtkonzept für 5G, um zu verstehen, wie die einzelnen Teile zusammen passen. Außerdem untersuchen unterschiedliche Technologien für 5G. Die größte Herausforderung ist die Erhöhung der Kapazität um das tausendfache bei gleichen Kosten und Energieverbrauch."

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