Auf dem Weg zu Mobilfunk 5G

Mobilfunk 5G steht in den Startlöchern. Mobilfunkbetreiber, Geräteanbieter, Autohersteller und viele andere Industrien bereiten sich schon heute auf das schnelle Handynetz vor.

Autos und Fahrzeuge kommunizieren mit anderen Fahrzeugen und mit der Infrastruktur wie etwa Ampeln. Foto: ZF

Ab 2020 soll es losgehen, und das sind immerhin nur noch drei Jahre. Die Mobilfunkbranche und alle Industrien, die auf drahtlose Vernetzung ihrer Produkte setzen, bereiten sich mit Hochdruck auf „5G“ vor – die fünfte Generation der Handynetze. Aktuell nutzen die meisten Smartphones, vernetzten Autos und ähnlichen Anwendungen „4G“ beziehungsweise „LTE“. Dabei steht das Kürzel 4G für die vierte Mobilfunkgeneration. Die Zählung geht so: Generation eins waren die bis in die 90er-Jahre angebotenen analogen Autotelefone, Generation Zwei steht für den ersten digitalen Mobilfunkstandard GSM. „3G“ folgte zum Jahrtausendwechsel und ist auch unter dem Technik-Kürzel „UMTS“ bekannt.

Abstimmung in Echtzeit mit 5G

Mit jeder der aufgezählten Generationen wurde vor allem der Datenfunk schneller und reaktionsfreudiger. Grundsätzlich soll sich dieser Trend auch in der fünften Generation fortsetzen. Allerdings legen die Entwickler, die zurzeit an den letzten Details des künftigen Funkstandards feilen, dabei vor allem Wert auf die sogenannte „Latenz“. Dieser Fachbegriff beschreibt die Zeit, die ein Datenpaket für seine Reise aus dem Internet bis zum mobilen Empfangsgerät benötigt. In heutigen Funknetzen liegt sie in der Größenordnung von 0,1 bis 0,04 Sekunden – 100 bis 40 Millisekunden. Bei 5G soll sie auf den enorm kurzen Wert von 1 Millisekunde sinken – also 0,001 Sekunden. Der Grund liegt in den für 5G geplanten Anwendungen. So soll das künftige Funknetz zum Beispiel hochautomatisierten Autos ermöglichen, sich in Echtzeit abzustimmen. Ein nachfolgendes Fahrzeug würde dann leicht verzögern, um einem überholenden, autonom fahrenden Auto den Spurwechsel zu erlauben. Ein anderes Beispiel ist die Erkennung von Fußgängern und Radfahrern, die auch hinter anderen Fahrzeugen oder Gebäuden ihre Präsenz per Smartphone oder Wearable für herannahende Autofahrer kundtun sollen. Solche hochdynamischen Prozesse erfordern ultrakurze Reaktionszeiten.

Zwar gibt es für direkte Datenübertagungen zwischen Fahrzeugen (Vehicle-to-Vehicle) oder zwischen Fahrzeugen und anderen Systemen (Vehicle-to-X) bereits heute Funklösungen, die auf WLAN-Technik oder „LTE-V“ basieren – einer für „Vehicles“ modifizierten Variante des Mobilfunkstandards LTE. Doch für zeitkritische Anwendungen sind sie alle zu langsam.Die Minimierung der Latenz stellt allerdings ganz neue technische Herausforderungen. Denn selbst die derzeit schnellste verfügbare Datenübertragung über Glasfaserkabel findet „nur“ mit annähernder Lichtgeschwindigkeit statt. In einer Millisekunde legt das Licht gerade mal 300 Kilometer zurück. In der geforderten Millisekunde könnte eine angeforderte Informationen deshalb niemals von einer Netzzentrale in Bonn, Düsseldorf oder München zum Anwender nach Hamburg oder Berlin reisen.

Die Zukunft im Mobilfunk heißt „Mobile Edge Cloud“

Die Lösung, die sich die Ingenieure für 5G ausgedacht haben, heißt „Mobile Edge Cloud“: Die Funktionen, die bislang in zentralen Rechenzentren (der „Cloud“) ausgeführt werden, wandern dabei an den Rand der Funknetze – konkret also in die einzelnen Mobilfunk-Basisstationen. Letztlich bekommt jeder Funkturm sein eigenes, kleines Mini-Rechenzentrum. Bei den genannten Beispielen aus dem Verkehrsbereich leuchtet ein, dass Verarbeitung und Datentransport nur lokal, also innerhalb der gemeinsam genutzten Funkzelle stattfinden muss. Müssen dennoch größere Entfernungen überwunden werden, wie etwa bei der Übertragung der Spurführung in Autobahnbaustellen, sollen ausgeklügelte Algorithmen sicherstellen, dass Daten rechtzeitig dort ankommen, wo sie gebraucht werden. „Künstliche Intelligenz“ berechnet dazu die Wahrscheinlichkeit, mit der ein Datenpaket beziehungsweise eine Information zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort benötigt wird.

All dies ist keine Science-Fiction – die beschriebenen Verfahren werden bereits in groß angelegten Feldtests erprobt und laufend verfeinert. So gibt es beispielsweise ein Teilstück auf der bayerischen Autobahn A9, das bereits mit „Mobile Edge Cloud“ ausgerüstet ist und den Autoherstellern ermöglicht, autonomes Fahren dort in der Praxis zu testen. Und in drei Jahren könnten dann erste 5G-Anwendungen das Versuchsstadium verlassen und den kommerziellen Betrieb aufnehmen.