Fokusgruppe 5G

Die Vernetzung von Märkten, Branchen, Industrien und der Gesellschaft wird sich in den kommenden Jahren mit 5G radikal verändern. Stand bisher die infrastrukturelle breitbandige Basisvernetzung im Vordergrund, geht es zukünftig um die Vernetzung nahezu aller Dinge zu einem „Internet of Things“. In den kommenden Jahren werden nicht mehr nur Millionen von Smartphones und Computern vernetzt sein. Die momentan in der Entwicklung befindliche fünfte Mobilfunk- und Netztechnologie „5G“ hat den Anspruch, die zukünftigen Anforderungen an die Kommunikation in dieser vollständig vernetzten Informationsgesellschaft sehr viel umfassender als bisher zu erfüllen.

5G – Schlüsseltechnologie
für die vernetzte Gesellschaft

Themen

5G ist eine wesentliche technologische Grundlage für die Entwicklungen im Bereich Industrie 4.0 und für eine generelle verstärkte Vernetzung in strategisch wichtigen Bereichen wie Mobilität (z. B. automatisiertes Fahren), Logistik, Energie und Medienverbreitung. Die Fokusgruppe 5G hat sich daher zum Ziel gesetzt, für das Thema zu sensibilisieren und Deutschland bei dieser zentralen Entwicklung als Vorreiter zu positionieren, um die angesprochenen wirtschaftlichen Potentiale zu realisieren. Dazu hat die Fokusgruppe mit zahlreichen Akteuren aus den Anwendungsbranchen den Dialog geführt und die Anforderungen der Branchen an 5G gegenüber den bestehenden Technologien analysiert.

Vision 5G

Die momentan in der Entwicklung befindliche fünfte Generation für Mobilkommunikation (5G) hat den Anspruch, die zukünftigen Anforderungen an die Kommunikation in einer vollständig vernetzten Informationsgesellschaft sehr viel umfassender als bisher zu erfüllen. Grundlage bilden dafür konvergente Netze aus Festnetz- und Mobilfunktechnologien. Schätzungen gehen davon aus, dass bis 2020 weltweit 50 bis 500 Milliarden Dinge vernetzt sein werden. Die sich ergebenden Potentiale wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Entwicklung haben enorme Auswirkungen auf das volkswirtschaftliche Wachstum und die zukünftige Wertschöpfung. 5G wird eine der Schlüsseltechnologien der Digitalisierung aller Lebens- und Wirtschaftsbereiche. Mit 5G bietet sich die Chance, den globalen Standard für mobile Vernetzung zu schaffen. Deutschland und Europa müssen das damit verbundene Innovationspotential frühzeitig erkennen und sich führend in den internationalen Prozess einbringen.

Potenziale von 5G in ausgesuchten Anwendungsfeldern

Zukünftige Mobilität: Die mit 5G erreichbaren geringen Ende-zu-Ende-Verzögerungen von Größenordnung unter 10 ms (Ziel 1 ms) ermöglichen Komfortfunktionen wie hochautomatisches Fahren, die sicherer, effizienter und umweltschonender als herkömmliche individuelle Mobilität sind.

Industrieautomatisierung: Durch die Erweiterung bestehender Industrienetze mit 5G und zunehmende Konvergenz verschiedener Netztypen durch 5G entstehen neue Möglichkeiten in der modernen Fabrikautomatisierung (Stichwort Industrie 4.0).

Logistik: Die Erfassung von Bearbeitungs- und Qualitätszuständen eines Produkts wird zukünftig wesentlich feingranularer sein als heute. Neben den Anforderungen an Echtzeit, Verfügbarkeit und gegebenenfalls sogar nachsteuernde Optionen für den Kunden während der Produktion, zeigen Kunde und Produzent an einer lückenlosen Transportüberwachung und einer gemeinsamen Wareneingangskontrolle in Echtzeit zunehmendes Interesse. Dazu muss die übergreifende und konvergente Nutzung klassischer Überwachungsinstrumente wie Optik und Sensorik auch in großer Anzahl funktionieren.

Systemsteuerung (Smart Factory): Die Steuerung einzelner Produktionsmittel im
Sinne einer „Smart Factory“ und deren Kommunikation untereinander (Machine-to-Machine) wird mit entsprechender Hard- und Software in einer hoch aggregierten Form erfolgen. Dabei addieren sich Millionen bzw. Milliarden von Statusmeldungen, welche stetig durch Sensoren oder andere Systeme erfasst, übermittelt und ausgewertet werden. Der fortlaufende Soll-Ist-Abgleich, die Ableitung von Handlungsempfehlungen für Steuereinheiten bzw. Automaten oder Maschinen und die unmittelbare Ausführung von Empfehlungen oder „Befehlen“ brauchen die leistungsstarke 5G-Technologie.

Mediennutzung: Gerade der Eventbereich der Mediennutzung bietet ein weites Potential für Innovationen und Experimentieren im Markt. In Deutschland mit seiner bedeutenden Medien- und Eventwirtschaft können neue Formate durch frühe Feldversuche in mit früher 5G-Technik ausgestatteten Arenen auf ihre Praktikabilität und ihre Akzeptanz bei Mediennutzern getestet werden und damit erhebliches wirtschaftliches Potential erschlossen werden. Neben den klassischen Interaktionsformen werden neue Endgerätetypen wie Augmented- und Virtual-Reality-Brillen, aufrollbare oder faltbare Displays neue Mediennutzungen ermöglichen und auch den Zeitungs- und Zeitschriftenmarkt revolutionieren sowie neue Impulse geben.

Intelligente Energienetze: Die Energiewende ist eine der großen Herausforderungen aber auch Chancen Deutschlands. Dabei werden in Zukunft dezentrale Systeme auf lokaler Ebene mit einem hohen Vernetzungsgrad die Energie-Architektur bestimmen. Das Datenaufkommen wird drastisch steigen. Insbesondere bei der Überwachung des Energieverbrauchs und der Performance müssen sehr schnell bzw. in „Echtzeit“ Daten zwischen potenziellen Marktteilnehmern über die Kommunikationsinfrastruktur lokal bzw. regional ausgetauscht werden. 5G ermöglicht durch die geringe Latenz diese für die Energieoptimierung notwendige Kommunikationsbeziehungen.

Anforderungen der Anwendungsfälle

Ultrahohe Datenraten: Die vollständig vernetze Gesellschaft erwartet, dass Breitbandverbindungen immer und überall in hoher Qualität zur Verfügung stehen. Berücksichtigt man, dass sich bei der Mobilfunknutzung immer mehrere Geräte einen Zugangspunkt und die verfügbare Datenrate teilen müssen, ergeben sich insbesondere in dicht bevölkerten Gegenden (Innenstädte, hohe Gebäude und Veranstaltungsgelände) hohe Anforderungen an die Netzinfrastruktur, um den Bedarf nach sehr hoher Kapazität zu befriedigen. Durch 5G soll einmal eine deutlich höhere Datenrate von bis zu 10 Gbit/s in der Zelle ermöglichen. Damit können beim Nutzer 10- bis 100-mal höhere, typisch erreichbare Datenraten ermöglicht werden als dies durch aktuelle Mobilfunkstandards möglich ist.

Echtzeitreaktion – Taktiles Internet: In einer vollständig vernetzten Gesellschaft werden zukünftig Anwendungen davon abhängen, dass Daten möglichst in Echtzeit zur Verfügung stehen. Beispielsweise hängt das effektive Arbeiten in virtuellen Räumen davon ab, dass Reaktionen auf Eingaben ohne wahrnehmbare Reaktionszeiten (geringe Latenz) erfolgen. Die Reaktionszeit wird technisch weitestgehend durch die Latenzzeit in der Informationsübermittlung zwischen Sensoren und den agierenden Komponenten beeinflusst. 5G verfolgt als ein wesentliches Entwicklungsziel eine möglichst geringe Ende-zu-Ende-Latenz, um auch extrem zeitkritische Kommunikation zwischen Menschen und Maschinen sowie zwischen Maschinen untereinander zu ermöglichen.

Optimale Verfügbarkeit: Eine vollständig vernetzte Gesellschaft erfordert immer und überall die Verfügbarkeit möglichst optimaler Kommunikationsdienste für Personen, oder vernetzte Dinge. Insbesondere die Nutzung in der Bewegung – in Autos und Zügen oder Flugzeugen – stellt hohe Anforderungen an das Mobilitätsmanagement in den Netzen. Die Übergabe der Kommunikation von einer zur nächsten Funkzelle muss zuverlässig und mit hoher Geschwindigkeit funktionieren. 5G wird diese Verfügbarkeit ermöglichen und darüber hinaus eine umfassende Konvergenz zwischen allen Netzzugangsarten realisieren und die digitale Plattform für alle Kommunikations- und Vernetzungsanwendungen darstellen.

Sichere Verfügbarkeit: In einer vollständig vernetzten Gesellschaft wird die Internetverbindung eine ähnlich wichtige Funktion einnehmen wie heute die Stromversorgung. Ein Ausfall hätte enorme wirtschaftliche Folgen. Eine neue Mobilfunkgeneration muss daher Sicherungsmechanismen implementieren, die eine möglichst umfassende und auch bei sehr hoher Belastung sichere Verfügbarkeit der Netze insgesamt garantiert. 5G wird die technologisch bedingten Beschränkungen der bisherigen Systeme (zellulare Netze) durch neue Prinzipien aufheben, und somit einem anderen Anspruch an die Verfügbarkeit gerecht werden.

Sicherheit: In den letzten Jahren sind Kommunikationsnetze zunehmend in den Fokus verschiedener Angreifer gelangt. Es ist also von essentieller Wichtigkeit, bei der Entwicklung der 5G-Netze höchste Widerstandskraft gegen Cyber-Attacken von Anfang an zu berücksichtigen und mit der Netz-Architektur auch eine Sicherheits-Architektur zu schaffen, die die Basis dafür bietet, in hohem Grade sichere 5G-Netze zu implementieren. Wenn etwa in verstärktem Maße Cloud-Umgebungen und „Software Defined Networking“ eingesetzt werden, so müssen diese neuen Technologien auch adäquat abgesichert werden.

Energieeffizienz: Die vollständig vernetze Gesellschaft wird in einem erheblichen Maße durch die Vernetzung unterschiedlichster Sensoren und die Auswertung der von diesen generierten Daten getrieben. Viele Sensoren werden nicht dauerhaft mit einer Stromquelle verbunden sein können. Die Anbindung mobiler und fest installierter Sensoren muss daher mit einem möglichst geringen Energiebedarf erfolgen können. Die heutige Anbindung geschieht noch meist über 2,5G (GPRS), da 4G-Geräte für viele Sensoranwendungen einen viel zu hohen Energiebedarf und zu hohe Gerätekosten haben. Mit 5G wird es möglich sein, eine bis zu zehnmal längere Laufzeit solcher Niedrigenergie-Sensoren zu erzielen. Kandidatentechnologien versprechen bereits heute eine Batterielaufzeit von bis zu 15 Jahren für diese Art von Niedrigenergie-Sensoren.

Technologische und regulatorische Anforderungen an 5G
  • Spektrumsbedarf
  • Spektrumsmanagement
  • Funkübertragungstechnik
  • Backhaul
  • Netzarchitektur
  • Berücksichtigung der Anforderungen der Übertragung von Rundfunkinhalten
  • Testfrequenzen und Modellregionen
  • Internationale Standardisierung
  • Netzneutralität – Priorisierung von Diensten
  • Erfolgreiche Geschäftsmodelle ermöglichen – 5G Investitionen fördern

Leitung der Fokusgruppe

Olaf Reus

Olaf Reus

Experte der Fokusgruppe Aufbruch in die Gigabit-Gesellschaft, Leiter der Fokusgruppe 5G, Experte der Fokusgruppe Intelligente Mobilität, Experte der Projektgruppe Technische und regulatorische Anforderungen

Ericsson GmbH

Nick Kriegeskotte

Nick Kriegeskotte

Leiter der Projektgruppe Kommunikation und Anwendungsfelder, Experte der Fokusgruppe Aufbruch in die Gigabit-Gesellschaft, Experte der Fokusgruppe 5G, Experte der Projektgruppe Konvergente Netze als Infrastruktur

Bitkom e. V.

Ulrich Rehfueß

Ulrich Rehfueß

Leiter der Projektgruppe Technische und regulatorische Anforderungen, Experte der Fokusgruppe 5G

Nokia

ulrich.rehfuess@nokia.com

Publikationen

2017

5G in Deutschland

5G in Deutschland

Ergebnisdokument der Fokusgruppe 5G

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5G–Stadt

5G–Stadt

Ergebnispapier der Fokusgruppe 5G

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2016

5G Spektrumbedarf und -nutzung

5G Spektrumbedarf und -nutzung

Ergebnisdokument der Fokusgruppe 5G

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5G-Gesetzescheck

5G-Gesetzescheck

Ergebnispapier der Fokusgruppe 5G

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5G Weltkarte

5G Weltkarte

5G Weltkarte der Fokusgruppe 5G

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2015

5G – Schlüsseltechnologie für die vernetzte Gesellschaft

5G – Schlüsseltechnologie für die vernetzte Gesellschaft

Ergebnisdokument der Fokusgruppe 5G

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5G – Rahmenbedingungen

5G – Rahmenbedingungen

5G technologische und regulatorische Anforderungen

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Checkliste 5G

Checkliste 5G

Relevanz für Anwendungsfelder

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