Die Ideen, denen 5G Leben einhauchen kann, sind teilweise bereits bekannt. Oftmals stammen sie aus Science-Fiction-Streifen oder abstrakten Zukunftsprognosen vermeintlich verrückter Wissenschaftler. Exemplarisch sei hier das selbstfahrende Auto K.I.T.T. aus der 80er-Jahre-Serie „Knight Rider“ genannt.
Ans Eingemachte: Was verändert der neue Mobilfunkstandard 5G? Welche Chancen birgt es? Wer profitiert und wie realistisch sind die Errungenschaften des neuen Mobilfunkstandards? Fragen über Fragen, deren Antwort erst die Zeit mit sich bringt.
Wo 5G das fehlende Puzzlestück bildet, das aus Science-Fiction Wirklichkeit macht, verrät dieser Artikel.
5G in der Industrie
Die Vorzüge von 5G sind neben der obligatorisch höheren Datenrate insbesondere die geringe Latenzzeit, die reibungslose Abläufe möglich macht. Vor allem aber die geringe Störungsanfälligkeit, die 5G-Netze gewährleisten.
Diese „Industrie 4.0“ sieht aber nicht vor, dass sich eine große Industriefirma einen höchst dotierten Telekom-Business-Vertrag zulegt und hierüber seine Maschinen miteinander kommunizieren lässt.
Die Industrie will vom kommerziellen Netz unabhängige 5G-Verbindungen nutzen. Hierfür haben sich auch schon einige Firmen darunter Bosch, Sennheiser oder ABB in Position gebracht, um eigene 5G-Netze auf die Beine zu stellen. Möglich machen es die regionalen Nutzungsrechte und sogenannte Campus-Netze, die mit der Einführung von 5G kommen können.
In diesen Netzen sollen dann Abläufe strukturiert werden. Letztendlich dient es dem Ziel – das kann sozialpolitisch auch kritisch gesehen werden – viele Schritte der Wertschöpfungskette zu vereinfachen und somit auch Personal sowie Aufwände einzusparen. Auf der gesellschaftlich-sozialen Ebene befeuert 5G, die „Industrie 4.0“ und die gesamte Digitalisierung zwangsläufig auch die Debatte um ein bedingungsloses Grundeinkommen.
Industrie und Wirtschaft: Network-Slicing
Einen großen, wenn nicht gar den größten Anteil an der Nutzung der 5G-Netze werden Industrie, Wirtschaft und Sicherheitsbehörden haben. Dank Network-Slicing haben sie die Möglichkeit, entweder innerhalb eigener Campus-Netze oder in den öffentlichen Mobilfunk-Netzen Service-Levels zu bestellen. Garantierte Netzverfügbarkeit stellt den reibungslosen Ablauf sicher. So ist gewährleistet, dass die Roboter auch noch arbeiten, wenn einige hundert Meter weiter ein Festival stattfindet und dass Ampeln noch geschaltet werden, wenn aus einem Stadion abertausende Videos und Fotos gepostet werden.
In der Wirtschaft sollen Millionen von Sensoren zum Einsatz kommen, die Daten übertragen. Es ist möglich, Fachkräfte zentral an einem Ort zu bündeln und vor Ort einfache Arbeiter Wartungsarbeiten ausführen zu lassen. Welche Handgriffe sie zu tun haben, erfahren auch sie wie der Telemediziner über Augmented Reality und Video-Direktverbindung.
Insbesondere lassen sich aber auch kurzfristig logische Netze innerhalb physikalischer Netze einrichten. Geschlossene Benutzergruppen wie THW, Polizei und Rettungskräfte können beispielsweise im Katastrophenfall im öffentlichen 5G-Netz innerhalb eines garantieren Netzwerk-Slices ohne Angst vor Verbindungsabbrüchen miteinander sprechen. Das öffentliche Netz wird dadurch aber nicht beschränkt. Der Unterschied: Der „Silvester-Effekt“ für die Rettungskräfte bleibt aus. Sie können garantiert Daten übertragen und telefonieren, während der Verbraucher sich möglicherweise häufiger bemühen muss, eine freie Leitung zu bekommen, um die Familie zu erreichen.
5G in der Mobilität: Autonomes Fahren – viele Möglichkeiten, viele Fragen
Autos werden immer smarter. Längst sind moderne KFZ-Modelle mit SIM-Karten und Diagnose-Tools ausgestattet. Der nächste Schritt ist längst vorprogrammiert. Autos sollen zukünftig autonom, also selbstständig, fahren können. Die Automarke Tesla gilt in diesem Bereich als Innovations-Motor. Generell hat aber die ganze Automobil-Industrie die Zeichen der Zeit erkannt. Peu á peu wird die Entwicklung vorangetrieben.
Viele offene Fragen bleiben bei diesem Thema – einige wenige davon könnte 5G beantworten: 5G begünstigt die Verarbeitung von Verkehrsdaten in Echtzeit: von Empfehlungen zur Stau-Umfahrung bis zum kurzfristigen Wechseln der Fahrspur. In der Vernetzung von einzelnen Verkehrsakteuren kann die digitale Technik Unfälle vermeiden. Die Verkehrsunfälle mit Personenschaden sind 2017 zu mehr als 65 Prozent auf Fehler des Fahrzeugführenden zurückzuführen. Zu mehr als 90 Prozent spielen menschliche Fehler eine Rolle beim Zustandekommen von Verkehrsunfällen.
Selbstfahrende Autos sind dank 5G-Vernetzung in der Lage, diese Rate drastisch zu reduzieren – soweit die Theorie. Aufzeichnungen und Vernetzung sorgen außerdem für bessere Aufklärungsquote bei Unfällen.
Erste Fakten sind geschaffen
Was aber kann 5G in diesem Bereich nicht leisten? Kommt es dennoch zu Unfällen – womöglich technischem Versagen geschuldet – stellt sich zwangsläufig die Schuldfrage. Das Thema erhält also auch juristische und schlussendlich auch gesellschaftliche Tragweite.
Alleine diese Fragestellung zeigt, dass trotz raschem 5G-Einstieg noch einige Zeit vergehen dürfte, bis autonomes Fahren den Verkehr dominiert. Um das Verfahren zu beschleunigen sind einzelne Wissenschaftler der Meinung, dass die negativen Konsequenzen der Entwicklung von der Gesellschaft mitgetragen werden. Im Klartext heißt das, dass etwaige Verkehrsunfälle als notwendiges Übel zu Gunsten des Fortschritts ertragen werden müssten.
Autonomes Fahren ist also ein Thema, das weit in die Zukunft greift. Hier ist 5G an sich auch eher ein sekundäres Thema. Mehr Relevanz hat da schon der Aspekt des vernetzten Fahrens. Dass Deutschland hier eine passende Infrastruktur bieten will, zeigt der Vorstoß der Bundesnetzagentur, an Autobahnen eine Latenzzeit von maximal 10 ms vorauszusetzen.
5G in der Medizin: Telemedizin von Video-Sprechstunden bis zu Roboter-Chirurgen
Ärztemangel auf dem Land ist ein selten angesprochenes, aber existierendes und schwerwiegendes Problem in Deutschland. Landärzte ersetzen Hausbesuche bereits durch Videosprechstunden. Hierfür braucht es aber nur eine ordentliche Internetverbindung. 4G-Mobilfunk ist in der Regel ausreichend.
Diese Anwendung der Telemedizin kommt bereits jetzt zum Einsatz, wenn auch nur vereinzelt. Eine mögliche Weiterentwicklung von Telemedizin, die nach kühnem Zukunftsszenario klingt, hat der Netzbetreiber Vodafone in seinem 5G Lab mit wissenschaftlicher Unterstützung präsentiert:
Haushaltsroboter dienen als erste Übertragungseinheit zwischen Arzt und Patient im eigenen Haus. Im Notfall oder auch bei Unsicherheiten kann der Arzt via Echtzeit-Videoübertragung die erste Diagnose stellen und dank Steuerung des Roboters im Ernstfall weitere Erste-Hilfe-Schritte vornehmen. Wirkliche ärztliche Behandlung kann ein solcher Roboter nicht gewährleisten. Aber: Auch für diese Anwendungen in der Telemedizin ist moderne 4G-Technologie ausreichend.
Die nächsten Schritte klingen schon mehr nach Science-Fiction: Operationen, die mit der gebotenen chirurgischen Präzision via 5G-Netz ferngesteuert durchgeführt werden. Der Arzt ist nicht mehr physisch anwesend und steuert Skalpell sowie Tupfer mit Roboterarmen. Es liegt auf der Hand, was eine Verbindung bieten muss, damit Risiken für den Patienten ausgeschlossen werden können: Wenn der kilometerweit entfernt agierende Arzt seine Steuerung verlangsamt, stoppt oder verändert, muss dies just in diesem Augenblick auch vor Ort beim Patienten auf dem OP-Tisch geschehen. Stichwort: Latenzzeit. An solchen Beispielen zeigt sich, wie lange 10 Millisekunden sein können. Neben der geringen Latenzzeit muss die Netzverbindung störungsfrei und zuverlässig sein. Da der Arzt mittels Augmented Reality agiert, spielt auch hohe Datenraten eine Rolle.
5G im Alltag: Video, Augmented Reality und neue Mobilfunk-Innovationen
Und die privaten Nutzer? Ein Zitat von Vodafone-CEO Hannes Ametsreiter lässt 5G hier erst einmal in den Hintergrund rücken: „4G war für die Menschen, 5G ist für Maschinen“. Tatsächlich ist es so, dass 5G außer dem heruntergebrochenen „Mehr Daten in kürzerer Zeit“ keine Quantensprünge in Sachen Handyvertrag ermöglicht. Ob eine Netflix-Serie in 10 Minuten oder 10 Sekunden heruntergeladen wird, ist im Regelfall zweitrangig.
Allerdings eröffnet 5G grundsätzlich neue Möglichkeiten, die auch mit der Neuordnung der Netzinfrastruktur einhergehen können: Das Thema „Mindestbandbreiten“ wird immer wieder ins Spiel gebracht. Dabei geht es darum, dass Kunden keine Maximal-Bandbreite in ihren Verträgen stehen haben, sondern eine garantierte Bandbreite. Derzeit steht in einem handelsüblichen Telekom-Vertrag, dass für mobile Dienste bis zu 300 Mbit/s Download-Geschwindigkeit zur Verfügung stehen. Diese 300 Mbit/s sind faktisch aber fast nie verfügbar.
Künftig könnten in einem Vertrag aber beispielsweise 50 Mbit/s oder 100 Mbit/s stehen. Diese Bandbreiten würden dann garantiert jederzeit zur Verfügung stehen. Bevor das aber flächendeckend der Fall ist, dürften noch einige Kosten-Nutzen-Rechnungen angestellt werden. Auch aus diesem Grund ist es ein Irrglaube, davon auszugehen, dass 5G Gigabit-Internet für jeden und das innerhalb von wenigen Jahren auf die Straßen und Wälder bringt.
Neue Anwendungsfelder für private Nutzer
Hohe Bandbreiten und niedrige Latenzen können im Zusammenspiel aber einiges bewirken. Nicht nur Apple hat schon vor einigen Jahren erkannt und propagiert, dass Augmented Reality ein vielversprechendes Feld ist. Bislang wird das Einbinden virtueller Inhalte in das reale Bild jedoch nur spärlich eingesetzt. 5G könnte der Technologie zum Durchbruch verhelfen. Die niedrige Latenzzeit ist dabei hilfreich, aber nicht zwingend notwendig. Die minimale Verzögerung zwischen Echtzeit und Simulation ist in den allermeisten AR-Simulationen zu verschmerzen.
Beispiele für Augmented Reality in Echtzeit und im Alltag gibt es zu Hauf: Die Möbelhauskette kann eine App anbieten, in der der Nutzer das gesamte Sortiment vor dem Kauf virtuell in seinen vier Wänden platziert und erst einmal schaut, ob der neue Wohnzimmerschrank überhaupt passt. Das Autohaus zeigt nur eine Karosserie und der Kunde stellt die Innenausstattung selbst zusammen. Erst dann gibt er die Bestellung auf. Tourismusbehörden bieten den Stadtrundgang via App an. Der Besucher läuft real an den Sehenswürdigkeiten vorbei, die App erkennt auf dem Bildschirm, wo er sich befindet und gibt passgenau Tipps und Hinweise zur Umgebung.
5G in und für Medien: Enhanced Mobile Broadband
Wenn 5G eines Tages aber großflächig ausgebaut ist und hohe Bandbreiten anbietet, profitiert hiervon die Medienlandschaft: Dabei ist das Streamen ohne Volumenverlust – dank StreamOn oder Vodafone Pass – nur ein Teilgebiet des gesamten Nutzerverhaltens. Höhere Datenraten und größere Kapazitäten sorgen dafür, dass sich die Video-Inhalte und -Angebote an sich verändern. Das geht so weit, bis der Nutzer entscheidet, aus welcher Perspektive er ein Fußballspiel anschauen möchte.
Experten erwarten mit 5G zusätzlich eine Verschmelzung von Fernsehen und Netz. Bisher waren Rundfunknetze und Mobilfunknetze per Funktion getrennt: Im Rundfunk wird ein Signal ausgestrahlt und jeder, der dieses Signal anzapft, empfängt es auch. Im Mobilfunk, zum Beispiel beim Streaming im mobilen Internet, empfängt jeder Nutzer ein individuelles Signal. Der Aspekt, reine Sendesignale zu streuen, könnte die Netzlast auf dem 5G-Netz erleichtern.
Ein Anwendungsbeispiel: Eine Live-Sendung wird zuerst gestreamt – es gibt also Sende- und Empfangssignal. Nutzer fragen den Inhalt an, der Anbieter liefert über das Netz aus. Stellt sich nun heraus, dass der gestreamte Inhalt eine Relevanz erhält und eine starke Nachfrage generiert, etwa bei der Übertragung eines Fußball-WM-Finalspiels, wird aus den abertausenden Streaming-Signalen ein Sendesignal.
5G im Produktions- und Sendebetrieb
Ein weiterer Aspekt: Die Geschwindigkeit und die Kapazität von 5G-Netzen ist auch für die Fernseh-Produktion – selbst bei hochauflösenden Inhalten in 4K oder später 8K – attraktiv. Auf IP-Basis werden Schalten zu fernen Nachrichten-Korrespondenten realisiert. Oder Massen an Rohmaterial rasch von A nach B geschickt. Auch für die Verteilung des TV-Signals könnte 5G genutzt werden. Helwin Lesch, der beim Bayerischen Rundfunk für Verbreitung und Controlling zuständig ist, gibt in diesem Zusammenhang die Prognose ab: „DVB-T3 werden wir wohl nicht machen.“
Die Produktion kann sich ohnehin verändern. Schon heute sind Reporter innovativer Sendeformate nur mit ihrem Smartphone unterwegs. Darauf wird weiter aufgebaut. Mit entsprechendem Equipment, das in einen Rucksack passt, können ganze Sendungen als One-Man-Show und unterwegs produziert werden. 5G kommt bei der Datenverarbeitung und -übertragung zum Einsatz.
Nächstes Beispiel, wieder das Fußballspiel. Mittels 5G-Technik und dem Einsatz von massiver künstlicher Intelligenz müssen Fernsehsender in Zukunft nicht mehr mit 40-Tonner-Übertragungswagen und 40-Mann-Truppe zum Bundesligaspiel anreisen. Die Kameras verfolgen den Ball mittels künstlicher Intelligenz. Eine zentrale Live-Bildregie unternimmt Anpassungen und schickt aus dem 8K- oder noch höher aufgelösten Bild einen entsprechenden 4K-Ausschnitt über den Äther. 5G sorgt hier mit reservierten Bandbreiten für die Grundlage der Datenübertragung von quasi fertigproduziertem Fernsehbild.
Vorbild für die Bildmischung ist die jetzt schon eingesetzte intelligente, automatische Tonmischung bei Bundesligaspielen:
Fazit: Wie weit ist 5G 2018?
Die Antwort in Kürze: Noch nicht weit genug. 5G bietet unzählige Anwendungsszenarien. Manche sind ganz neu, manche verbessern aktuelle Technologien einfach und andere machen heutige Spielereien erst sinnvoll.
Die Anforderungen an das 5G-Netz, wie es dargestellt wird, sind hoch. Es wird erst einmal nicht davon ausgegangen, dass dieses gemalte Netz – flächendeckend verfügbar, jederzeit geringe Latenzen und stets hohe Bandbreiten – bereits 2025 fertig ist. Die wirklich Highlights – Telemedizin, selbstfahrende Autos und komplette, digitale Infrastruktur – werden am längsten benötigen. Gerade deshalb ist 5G mehr als Prozess zu verstehen denn als einmaliges Schalter-Umlegen. 5G-Bestandteile wie Sensorennetze oder punktuell hohe Bandbreiten sind hingegen nach Einschätzung aller Branchenexperten schon ab 2020 zu erwarten.
Die Anforderungen ans Netz
Die hier dargestellten Anwendungsszenarien in einer Welt mit 5G-Mobilfunk stellen verschiedene Anforderungen an das Netz als Infrastruktur. Für neue Videodienste wird beispielsweise eine hohe Bandbreite und eine große Reichweite erfordert um die Angebote effizient nutzen zu können. Die Szenarien für Smarte Angebote mit viel KI-Input benötigen ein dichtes Funknetz mit jeweils geringerer Reichweite, aber hoher Kapazität für möglichst viele Endgeräte. Industrie, Verkehrssteuerung und Katastrophenschutz benötigen für den Ernstfall vor allen Dingen Sicherheit der Daten, Zuverlässigkeit der Netzverfügbarkeit und die geringe Latenzzeit zwischen den Zugangspunkten. Die Datenkapazität ist erst einmal zweitrangig.
Der gesamte 5G-Komplex zeigt: Unterschiedliche Anwendungen haben unterschiedliche Anforderungen an das kommende Netz. Dies anbieten zu können, ist eine der zentralen Herausforderungen, der sich Netzbetreiber und Politik stellen müssen.
| Kategorie | Anwendung | Anforderungen | Übertragungstechnik |
|---|---|---|---|
| Enhanced Mobile Braodband (eMBB) | Videodownloads | Hohe Bandbreite große Reichweite | <6 GHz Glasfaser |
| Massive IoT | Landwirtschaft, Umwelt, Fertigung, Logistik, Ortung, Navigation, Smart City | Energieeffizienz viele Endgeräte dichtes Funknetz | <1 GHz Glasfaser |
| Critical IoT | Maschinensteuerung Robotersteuerung Katastrophenschutz Verkehr | niedrige Latenzzeiten Zuverlässigkeit Datensicherheit | 3,5 - 3,8 GHz |
Tabelle nach „weiter.vorn – Das Fraunhofer Magazin“ 3/2018
News, Ratgeber, Hintergrund: Alles zu 5G
→ Übersicht: Alles zum neuen Mobilfunkstandard 5G
→ 5G in Deutschland: Hier kannst du den LTE-Nachfolger schon nutzen
→ Infrastruktur: Die Technik hinter dem Netz der Zukunft
→ Angst: Gefährdet 5G unsere Gesundheit?
→ Antennenwald dank 5G?: 5G und die Antennen
→ 5G statt Glasfaser: Gigabit per Funkleitung → Fernsehen auf dem Handy: Mit 5G Broadcast soll es kommen
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