Viele Aspekte des modernen Alltags werden nach und nach digitalisiert. Es ist inzwischen vollkommen normal, in der Bahn Musik oder Videos zu streamen und anstatt nach dem Weg zu fragen, schaut man auf Google Maps. In fast 90 Prozent der deutschen Haushalte gibt es mittlerweile ein Handy oder Smartphone – es gibt aber auch schon Kühlschränke und Kaffeemaschinen, die sich mit dem Internet verbinden wollen.
Ein breites Anwendungsspektrum
Für all diese neuen Herausforderungen soll 5G New Radio (5G) eine Lösung parat haben. Das ist zumindest die Vision der Mobilfunkstandard-Entwickler. Dies soll unter anderem durch sogenanntes Network Slicing möglich sein – eine der Schlüsseltechnologien von 5G. Beim Network Slicing wird die physische Infrastruktur des Mobilfunknetzes in virtuelle Partitionen unterteilt. Diese können dann jeweils für eine bestimmte Anwendung optimiert werden.
So kann 5G viele verschiedene Anforderungen gleichzeitig bedienen, was auch eine der geforderten Kernkompetenzen der neuen Mobilfunkgeneration war. Im Speziellen hatte die Internationale Fernmeldeunion ITU drei Bereiche festgelegt, in denen die fünfte Mobilfunkgeneration herausragend abliefern soll.
Große mobile Datenmengen
Im ersten 5G-Anwendungsszenario, das von der ITU als „Enhanced Mobile Broadband“ (eMBB) bezeichnet wird, geht es vor allem um Verbindungen, die einen hohen Datendurchsatz benötigen. Hierzu gehören beispielsweise Streamingdienste, die hochauflösende Videos bereitstellen, aber auch Konzepte wie Augmented- und Virtual-Reality. Im Laufe der Zeit kommen diese Anwendungen nicht nur häufiger zum Einsatz, auch die Qualität der übertragenen Medien steigt stetig, was auch die Anforderungen an das Mobilfunknetz hebt.
Die neuesten LTE-Varianten sind schon teilweise in der Lage, Downloadraten von einem Gigabit pro Sekunde zu liefern, was für die meisten Streaming-Anwendungen schon ausreicht. Hierbei ist allerdings auch zu beachten, dass die ITU zwischen der maximalen und der „user experienced“-Datenrate unterscheidet, also dem, was tatsächlich beim Endverbraucher messbar ist. Diese beträgt bei 4G noch 10 Megabits pro Sekunde, 5G soll es bereits auf 100 Megabits pro Sekunde schaffen.
Die LTE-Technologie weist zudem nicht die benötigte Kapazität auf, um mehrere Endverbraucher in einer Mobilfunkzelle mit ultrahochauflösend gestreamten Videos zu versorgen. Dies soll durch 5G, das auch eine maximale Downloadgeschwindigkeit von bis zu 20 Gigabits pro Sekunde unterstützen kann, möglich werden. Da dieses Anwendungsgebiet dem Endverbraucher am nächsten ist, wurde in den ersten 5G-Ausbaustufen auch der Fokus auf die eMBB-Versorgung gelegt.
Viele Verbindungen, wenige Daten
Den zweiten großen Anwendungsbereich der neuen Mobilfunkgeneration fasst die ITU unter dem Begriff „Massive Machine Type Communication“ (mMTC) zusammen. Wie der Name verrät, geht es darum, möglichst viele einzelne Maschinen miteinander zu verbinden, wobei hierzu nicht nur eigenständige Geräte, sondern beispielsweise auch Sensoren oder Steuerelemente zählen.
Anwendungen dafür liegen in Bereichen wie der Industrie 4.0 oder dem „Internet of Things“ (IoT), also dem Vernetzen von beispielsweise smarten Haushaltsgeräten. Diese mMTC-abhängigen Bereiche zeichnen sich neben den vielen einzelnen Geräten durch relativ geringe Datenmengen und einen niedrigen Energieverbrauch pro Übertragung aus. Diese Aspekte sind besonders in industriellen Anwendungsgebieten, wie der smarten Landwirtschaft, relevant, da hier enorm viele Sensoren auf einen kleinen Bereich fallen können. Das soll mit 5G aber kein Problem darstellen. Die Technologie kann bis zu eine Millionen Geräte pro Quadratkilometer vernetzen.
Möglichst latenzfreie Übertragung
Neben einem Bedarf für Übertragungen mit großen Daten- oder Gerätemengen sieht die ITU auch die Notwendigkeit für stabile Verbindungen mit einer geringen Zeitverzögerung. Dieses dritte Anwendungsgebiet für 5G nennt sich „Ultra-Reliable and Low-Latency Communication“ (uRLLC).
Die geringe Latenz ist beispielsweise in Bereichen der Robotik und des autonomen Fahrens relevant, da so Kollisionen und andere Fehler vermieden werden können. Aber auch medizinische Anwendungen wie das Überwachen von Vitaldaten profitieren von uRLLC. Laut ITU-Kriterien schafft es die fünfte Mobilfunkgeneration, die Übertragungs-Latenz auf eine Millisekunde zu reduzieren, was etwa zehnmal geringer als bei 4G ist.
Große Anpassbarkeit
Eines der großen Besonderheiten von 5G ist also die große Variabilität des Mobilfunknetzes. Die Anwendungsgebiete und Spezifikationen der Übertragungen sind demnach auch nicht auf die drei genannten Bereiche begrenzt, sondern können bis zu einem bestimmten Grad flexibel kombiniert werden – je nach Bedarf.
Zusätzlich unterstützt 5G auch Anwendungen, die nicht klar einem der drei Bereiche zugeordnet werden können. So sind beispielsweise auch Übertragungen möglich, wenn sich der Empfänger mit bis zu 500 Kilometer pro Stunde bewegt, bei 4G waren es noch 350. Außerdem ist die insgesamte Energie-Effizienz des 5G-Netzwerkes gut 100-mal höher als bei der Vorgängergeneration.
