Die Mobilfunk-Anbieter in Deutschland bauen an der nächsten Netzgeneration und sind damit Wegbereiter der Digitalisierung. Nach LTE und LTE-advanced steht nun 5G vor der Tür. Neue Netzstrukturen und neue Anwendungen werden den Mobilfunk 2020 prägen sowie neue Geschäftsmodelle der Telekommunikationsanbieter hervorbringen. Gleichzeitig wird die Branche ihre Geschäftsprozesse mit denen der Energiekonzerne, Automobilhersteller und der Industrie stärker vernetzen.

Die 5G-Vision

Die Netz-Evolutionsstufen 2G GSM, 3G UMTS, LTE, LTE-advanced waren vorwiegend technische Weiterentwicklungen der Funktechnik und Übertragungsprotokolle. Bei der fünften Generation (5G) steht die Vernetzung diverser Netztechniken im Fokus. Über die Luftschnittstelle (Satellitenübertragung, Mikrowellen, Wi-Fi) werden die vorhanden Generationen im Mobilfunk mit anderen Technologien verknüpft.

5G-Netze werden vor allem deutlich schneller sein. Übertragungsraten bis zu 10 Gigabit pro Sekunde sind dann möglich. Gleichzeitig verringern sich die Latenzzeiten auf bis unter eine Millisekunde. Die Geschwindigkeit sowie die kaum noch wahrnehmbare Verzögerung sind die Türöffner für die digitalen Anwendungen der Zukunft.

• Industrie 4.0: Die Maschinensteuerung der Zukunft erhält nun die nötigen nahezu verzögerungsfreien Verbindungen. Automatisierte und teilweise autonomisierte Produktionsketten können zudem große Datenmengen in Echtzeit verarbeiten.
• Internet of Things (IoT): dezentral vernetzte Energienetze, autonome- oder ferngesteuerte Automobile, Logistikdrohnen, Telemedizin (z.B. Fernüberwachung von Patienten oder ferngesteuerte Operationen und Pflegroboter).
• Smart Cities und Smart Rural Areas: Systeme zur Steuerung der Strom- und Wasserversorgung sowie im Bereich Recycling- und der Abfallentsorgung lassen sich durch 5G-Technik vernetzen. Ressourcen können „on demand“ in kürzester Zeit und automatisiert an die aktuelle Nachfrage angepasst werden.
• Taktiles Internet: Verzögerungsfreies Echtzeit-Internet ermöglicht Augmented Reality, das Interagieren mit vernetzten Objekten und 3D-Holographie.
• Videoübertragung: Ein hochauflösendes Video in Spielfilmlänge könnte man bei den angedachten Datenraten in wenigen Sekunden laden, auch unterwegs.
• Internet bei hohen Geschwindigkeiten: Im Flugzeug und im Zug sind unterbrechungsfreie Verbindungen über lange Strecken und bei hohen Geschwindigkeiten realisierbar.

Die niedrigen Reaktionszeiten sind der wichtigste Entwicklungsschritt der 5G-Netze. Beispiel autonomes Fahren: Ein 100 km/h schnelles Automobil fährt auf ein Hindernis auf. Bei herkömmlichen LTE-Mobilfunknetzen legt es etwa 1,4 Meter zurück, bis das Netz antwortet und die Information über das Hindernis verarbeitet werden kann. Um rechtzeitig auszuweichen oder selbstständig zu bremsen, reichen diese heute üblichen Verzögerungen nicht aus. Bei den stark befahrenen Straßen in Deutschland wäre ein Crash programmiert. 5G-Netze reagieren dagegen innerhalb einer Millisekunde. Die zurückgelegte Fahrstrecke liegt damit nur noch bei knapp 3 cm. Die Technik kann rechtzeitig und angemessen auf das Hindernis reagieren.

5G Roadmap bis 2020

Noch ist 5G eine Vision im Mobilfunk. Die Initiative NGMN (Next Generation Mobile Networks, http://www.ngmn.org), ein globaler Zusammenschluss von Mobilfunkunternehmen, arbeitet allerdings aktuell an einer Standardisierung und fördert die technologische Zusammenarbeit. Ein anderer wichtiger Treiber von 5G ist die gemeinsame Initiative von EU-Kommission und europäischer IT- und Telekommunikationsindustrie (http://5g-ppp.eu). Dies zeigt: Technologieevolutionen in der Telekommunikation stammen nicht nur aus den USA.

Die Zeitplanung für die Verwirklichung der 5G-Vision sieht bei allen Akteuren ähnlich aus. Bis Mitte 2016 sollen die grundlegenden Leistungsparameter verabschiedet sein. 2017 sollen Architektur und Standardisierung festgelegt werden. Laut Roadmap wird es ab 2018 erste Versuchsinstallationen geben. Der kommerzielle Start von 5G ist für 2020 vorgesehen.

Alle großen deutschen Telekommunikationsunternehmen richten ihre Aktivitäten gerade in Richtung 5G-Netz aus. Die Deutsche Telekom forscht zum Beispiel in ihrem 5G:haus zusammen mit Forschungsinstituten, Netzwerkausrüstern und Anbietern von Telekommunikationsplattformen. Vodafone bereitet sein Mobilfunknetz gerade auf die kommenden 5G-Herausforderungen vor. Im Fokus stehen der Umbau des Core-Netzwerkes sowie die konsequente Ausrichtung auf die Virtualisierung von Netzwerkfunktionen. Verschiedene Forschungseinrichtungen befassen sich ebenfalls mit dem 5G-Mobilfunk. Dazu zählen das 5G Lab der TU Dresden und das Fraunhofer Institut für offene Kommunikationssysteme.

Auch die Politik hat ein großes Interesse daran, dass deutsche und europäische Unternehmen bei 5G führend sind. Der Grundkonsens beim nationalen IT-Gipfel 2015 in Berlin lautete: Eine Forcierung der Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Bereich 5G ist essentiell, um beim Thema Digitalisierung und Mobilfunk eine technologische Führungsrolle einzunehmen.

Technische Herausforderungen

Noch ist 5G eine Vision. Die technischen und organisatorischen Anforderungen an die Telekommunikationsunternehmen und ihre Partner und Dienstleister sind immens. Hier nur ein Auszug:

• Für die extrem hohen Anforderungen an den Datendurchsatz müssen neue Funktechnologien entwickelt, und es sollen bislang ungenutzte Frequenzbereiche einbezogen werden.
• Für die Vernetzung der Funktechnologien müssen neue Protokolle im Radio- und Core-Netz entwickelt werden.
• Heute schon gebräuchliche Technologieansätze werden wichtiger, beispielsweise die Datenvolumenminimierung von ‚echter‘ Mobilfunkübertragung durch den Einsatz von Festnetz und Wi-Fi-Technologien.
• Endgeräte müssen sich mehrfach mit Mobilfunknetzen verbinden lassen (MIMO).
• Daten müssen über mehrere umgebende Mobilfunkstationen koordiniert übertragen werden.
• Netzwerkfunktionalitäten müssen sich aus den Rechenzentren in die Netzwerkränder verlagern lassen (EDGE Computing).

Organisatorische Herausforderungen

Alle Veränderungen im Mobilfunk dürfen nicht zu Lasten der bestehenden Prozesse gehen. Die Telekommunikationsbranche und ihre Dienstleister sind damit im Betrieb, bei den Operations Support Systemen (OSS) sowie bei den Business Support Systemen (BSS) extrem gefordert. Prozesse müssen angepasst, im Bereich Netzwerkkonfiguration und Überwachung neue Konzepte erdacht werden. Ausgereifte Anwendungen wie Performance-, Fault- und Eventmanagementsysteme sowie Inventory- und Abrechnungsplattformen müssen wahrscheinlich ersetzt, zumindest aber stark verändert werden.

Viel wird an der Steigerung des Automatisierungsgrades hängen. Die 5G-Netze müssen deutlich mehr Netzteilnehmer verarbeiten. Man schätzt, dass die Vernetzung die verbundenen Netzobjekte um den Faktor 1.000 steigen wird – bei deutlich höheren Geschwindigkeiten. Das erfordert neue Konzepte, wie kognitive (also selbstreagierende und selbstlernende) Überwachungssysteme. Auch Big-Data-Technologien werden im Netzwerkmanagement weitergedacht werden müssen. Beispiele hierfür sind Systeme, die selbsttätig aus der Vielzahl der Verbindungen Betrugsvorgänge oder Netzwerkattacken erkennen und darauf reagieren. Auch die rechtzeitige (prädiktive) Erkennung von Netzwerküberlastungen und drohenden Ausfällen von Netzwerkknoten wird unter 5G-Bedingungen zur Schlüsselherausforderung. Nur so lassen sich die qualitativen Anforderungen erfüllen.

Fazit: Re-Finanzierung noch unklar

Eine Frage stellt sich zum Schluss, die bislang unbeantwortet ist: Wer will und wird in Zukunft für die neuen 5G-Anwendungen bezahlen, damit sich eine solche Kraftanstrengung wirtschaftlich rechnet? Die Anpassung der Geschäftsmodelle oder eine einfache Umlegung auf die Endkunden sind bei den extremen finanziellen Kosten sicher nicht ohne weiteres möglich. Geschäftsprozesse der Telekommunikationsanbieter werden immer stärker mit denen anderer Branchen verschmelzen. Hier sind neue Ideen für Erlösmodelle erforderlich. Nur wenn es gelingt, dass Endkunden (Privatpersonen und Industrie) die massiven Investitionen in das 5G-Netz mittragen, wird die Vision Realität.
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