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TU Berlin

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Forschung

Dimension der Zukunft

Der superschnelle Mobilfunkstandard 5G steht vor der Tür – wie Wirtschaft und Gesellschaft sich verändern werden

1992, mit dem Mobilfunkstandard 2G, hätte es 64 Tage gedauert, den neuen James-Bond-Film herunterzuladen. 2004, mit 3G, waren es nur noch 38 Stunden. Der aktuelle Standard 4G oder LTE braucht zwei Minuten, und 5G, der neue Standard, der für 2020 geplant ist, bräuchte 5 Sekunden.
Die 5G-Technologie kann innerhalb einer Millisekunde, also quasi in Echtzeit, 1000-mal mehr Daten von einem Gerät aufs andere schicken als der bisher schnellste Mobilfunk-Standard LTE . Ein Wimpernschlag dauert 300-mal so lange. Der Wettlauf um die Mobilfunk-Frequenzen zur Nutzung dieser Technologie hat begonnen. Aber die 5G-Technologie kann viel mehr als Telefonie. Was bedeutet die 5G-Einführung für Wirtschaft und Gesellschaft? Kann Deutschland sich damit an die Weltspitze katapultieren? Und was bietet Berlin, das die Hauptstadt zu einer Hochburg von Forschung und Entwicklung in diesem Bereich macht? Das Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme (FOKUS) gehört zu den weltweit führenden Einrichtungen bei der Entwicklung der 5G-Technologie. Es bietet bereits seit 2016 die Testumgebung „Berlin 5G Playground“. Dort können potenzielle Nutzer erproben, wie sie die Technologie für ihren speziellen industriellen Bedarf einsetzen können. Die beiden Mobilfunk-Experten Prof. Dr. Manfred Hauswirth und Prof. Dr. Thomas Magedanz sind gleichzeitig Professoren an der TU Berlin und bilden die zukünftigen Forscher*innen und Entwickler*innen aus. Bei der dritten „#Berlin5GWeek“ im November 2018 demonstrieren sie, was 5G mit „Edge Computing“, „Network Slicing“ und dem industriellen Internet der Dinge zu tun hat und was die Forschung dazu bereits bietet.

Manfred Hauswirth (l.) und Thomas Magedanz vom Fraunhofer FOKUS und der TU Berlin halten ein 5G-Kernnetz in der Hand, hinter sich die Open5Gcore-Wand, Demonstrator für die Funktionalitäten des künftigen 5G-Mobilfunkstandards
Lupe

Prof. Dr. Manfred Hauswirth, Institutsleiter des FOKUS, und Prof. Dr.-Ing. Thomas Magedanz, Leiter des Geschäftsbereichs Softwarebasierte Netzwerke, erläutern die Technologie und die Chancen, die Deutschland mit 5G hat.

Manfred Hauswirth: 5G ist insofern ein Quantensprung in der Datenübertragung, als die Technologie die Applikationsentwicklung revolutionieren, sie billiger machen und sie in Bereiche bringen wird, die bislang schwer zugänglich waren – in Gesundheitssystem, Fabrikation, Automobilindustrie, Kultur und Medien. Sie bietet neben der enormen Geschwindigkeit, die mit minimaler Latenz, also Verzögerungen bei der Übertragung, einhergeht, auch riesige Kapazitäten: Sehr viele Geräte können gleichzeitig vernetzt werden und dabei mit hoher Datenqualität ohne Ausfall senden und empfangen. 5G bietet eine Plattform, Software und Werkzeuge, mit der Firmen ihre vernetzten Anwendungen vor Ort in der Fabrik – oder wo immer es gebraucht wird – installieren und so die Daten lokal, sicher und effizient verarbeiten und versenden können.

Thomas Magedanz: Neben der Fabrik wären Messen wie die „Grüne Woche“, Flughäfen, Bahnhöfe, Krankenhäuser oder Großveranstaltungen Beispiele: Da müssen sehr viele Geräte, zum Beispiel in Aufbauten, aber auch Menschen selbst dynamisch vernetzt werden. Mittels „Edge Computing“ und „Network Slicing“ sowie lokaler 5G-Funkfrequenzen, die aktuell in den Medien diskutiert werden, lässt sich nun ein „lokales 5G-Netz“ realisieren. Edge Computing ermöglicht im Gegensatz zu Cloud Computing die verteilte Datenverarbeitung dort, wo sie aus Effizienz- und Sicherheitsgründen benötigt wird, zum Beispiel für die Fernsteuerung von Robotern in der Fabrik. Hier darf es keine Verzögerungen in der Datenübertragung und Maschinensteuerung geben. Ein lokaler Edge Server kann mit entsprechender 5G-Netzsoftware ausgestattet werden und mit eigenen Funkantennen große Datenmengen unmittelbar dort managen, wo sie gebraucht werden. Ein Auto könnte ein mobiler Edge Server sein, zum Beispiel für große Polizei- oder Feuerwehreinsätze. Das werden wir auf bei der „#Berlin5GWeek“ präsentieren.

M. Hauswirth: Für viele Anwendungen könnte Deutschland Vorreiter sein, zum Beispiel in der Industrie 4.0. Hier ist Deutschland jetzt schon führend. Wir brauchen 5G, damit wir die Spitzenposition in dem Bereich halten können, und sollten auch das zusätzliche Innovationspotenzial nutzen, das lokale Netze bieten.

T. Magedanz: 5G basiert auf einem Baukastenprinzip, denn nicht alle Anforderungen müssen überall erfüllt werden. Network Slicing ermöglicht den Aufbau anwendungsspezifischer Netztypen. So wird vor Ort genau die benötigte Funktionalität bereitgestellt: Im Krankenhaus, in der Fabrik oder auch auf einem Universitäts-Campus. Das erproben wir aktuell im „Berlin 5G Playground“. Schon im nächsten Jahr wird es erste Vorprodukte geben.

M. Hauswirth: Berlin hat dabei alle Voraussetzungen, sich zu einer Hochburg der 5G-Technologie zu entwickeln und Deutschland an die Spitze dieser Entwicklung zu katapultieren. Unter anderem ist die Verbindung zwischen Elektrotechnik und Informatik, wie wir sie an der TU Berlin haben, deutschlandweit einmalig. Sie bietet Forschung und Ausbildung von Fachkräften, die sich hier durch die enge Verknüpfung mit den Fraunhofer-Instituten auch in die Anwendung übersetzt und sich dadurch auch finanziell mehr an beispielgebender Anwendungsinfrastruktur leisten kann: Es ist mir europaweit kein Standort bekannt, und auch nicht in den USA, der das in dieser Breite bietet wie Berlin. In einem Umkreis von wenigen Kilometern findet man einen sicheren und hochkompetenten Ansprechpartner zu jedem dieser Themen. Wir können hier die jeweiligen Vorteile von Grundlagenforschung und angewandter Forschung ideal ausspielen.

T. Magedanz: Hinzu kommen noch die Vielzahl von Technologie-affinen Start-ups sowie die Berlin-typischen vielgestaltigen Anwendungsmöglichkeiten. Wo haben Sie Partymeilen in hoher Dichte, bei denen Einsatzkräfte und Geräte in Echtzeit koordiniert werden müssen, hochmoderne Medizin-und Energie-Anwendungen, die eine Vielzahl von miteinander kommunizierenden Geräten synchronisieren müssen, Multimedia-Spektakel, die gestreamt und womöglich auf Tausenden von Geräten live miterlebt werden sollen, große Fabriken wie Siemens, Bosch oder Bayer und vieles mehr? Berlin bietet also die „Use-Cases“, die die Technologie zur Weiterentwicklung braucht. Zudem baut die Deutsche Telekom die 5G-Infrastruktur zunächst hier aus. Für alle diese möglichen Anwendungen werden wir mit unserem „5G-Cube“ samt Antennentechnik und weiterer Ausstattung einen wichtigen Technologiebaustein liefern.

M. Hauswirth: „Fachleute, Fachleute, Fachleute“, hören wir von der Industrie. Und auch da kann Berlin punkten, insbesondere mit der TU Berlin. Wir bilden hier 6000 Studierende in diesem Bereich aus, und zwar ganz anwendungsnah. In unserer Funktion als TU-Professoren bilden wir die Studierenden nicht nur theoretisch aus, sondern auch ganz praktisch – und zwar in internationalen Projekten – aus erster Hand. Wir bieten ihnen die Chance direkt an dieser neuen Technologie mitzuarbeiten, sie auszuprobieren, sie zu optimieren. Seien es Software-basierte Kernnetze, Edge Computing und das Internet der Dinge, über die Thomas Magedanz bereits seit fünf Jahren Vorlesungen hält, oder mein Bereich über Analytics und Datenmanagement.

T. Magedanz: Deutschland hat jetzt die Joker in der Hand. Technologisch haben wir es im Griff und sind ganz weit vorne. Zwar haben wir nur wenige Netzausrüster wie Nokia oder Ericsson. Doch 5G ist eine Schlüsseltechnologie, ein Katalysator der digitalen Transformation, der für die Anwendungsfelder angepasst werden kann. Wir müssen jetzt nur diejenigen, die Wertschöpfung versprechen – Fertigung und Automatisierung, E-Mobility, Medien und Kultur –, in die Lage versetzen, die Technik frühzeitig zu nutzen. Deutschland kann damit an die Spitze der 5G-Anwendungsentwicklung kommen. Es hängt jedoch auch davon ab, wie schnell und an wen nun die ersten 5G-Funkfrequenzen vergeben werden und wie der erforderliche Glasfaserausbau vorankommt. Hier ist die Politik am Steuer.

Patricia Pätzold, Quelle: TU intern Oktober 2018

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