Mobilfunk von morgen Funknetz für das Internet der Dinge

Autor / Redakteur: Chris Löwer* / Dr. Anna-Lena Gutberlet

Die nächste Generation Mobilfunknetze (5G) wird ultraschnell sein und eine tausendfach höhere Kapazität als heutige mobile Netze haben. So lassen sich künftig Milliarden Sensoren und Geräte im Internet der Dinge miteinander verbinden. Doch bis zum geplanten Start in fünf Jahren gibt es noch Einiges zu tun – Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher leisten dabei wertvolle Grundlagen.

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Geschwindigkeit ist bei der Mobilkommunikation der Zukunft nicht alles - Experten des Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut HHI arbeiten am Mobilfunk der Zukunft.
Geschwindigkeit ist bei der Mobilkommunikation der Zukunft nicht alles - Experten des Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut HHI arbeiten am Mobilfunk der Zukunft.
(Bild: © Pixel - Fotolia)

Auch wenn die wenigsten deutschen Handybesitzer bislang das noch löchrige Funknetz der vierten Generation (LTE) nutzen, arbeiten Experten bereits am Mobilfunk von morgen. Anbieter wie Huawei oder die Telekom erwarten die ersten 5G-Netze bereits in fünf Jahren. Der Funk soll extrem fix sein – bis zu 100-mal schneller als 4G – und Spitzenübertragungsraten von mehr als zehn Gigabit pro Sekunde bieten.

"Doch Geschwindigkeit ist bei der Mobilkommunikation der Zukunft nicht alles", sagt Priv.-Doz. Dr. Gerhard Wunder vom Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut HHI in Berlin. "Auf was es zunehmend ankommt, sind geringere Latenzzeiten von weniger als einer Millisekunde, also ultraschnelle Reaktion."

Zudem müssen die künftigen Mobilfunknetze extrem verlässliche Verbindungen ermöglichen, die es mit kabelgebundenen Systemen aufnehmen können, und nicht zuletzt eine deutlich energieeffizientere Datenübertragung. Das alles wird 5G bieten. "Mit dem Standard soll das Internet der Dinge ermöglicht werden", macht Wunder klar.

Netz für das Internet der Dinge

Vernetzte Fahrzeuge, Verkehrsleitsysteme, Haustechnik, smarte Stromnetze, innovative Gesundheitsversorgung und vor allem die vierte industrielle Revolution, die hochautomatisierte Industrie 4.0 – all das und noch viel mehr wird das Internet der Dinge bringen. Das Marktforschungsunternehmen Gartner erwartet, dass bereits im Jahr 2020 etwa 26 Milliarden Geräte und Objekte sowie etwa 7 Milliarden Rechner, Tablets und Smartphones vernetzt sein werden. Das ist mit den bisherigen Netzen nicht mehr zu schaffen.

Der Mobilfunk der nächsten Generation muss einige Herausforderungen meistern können. "In künftigen Netzen wird eine Vielzahl von drahtlosen Geräten mit kleiner Sendeleistung und hohen Latenzanforderungen unkoordiniert auf den Mobilfunkkanal zugreifen", erläutert Wunder.

Während heute wenige Hundert Smartphones und Tablets eine Funkzelle ansteuern, werden es künftig mehrere Hundertausend sein, schätzt der Fraunhofer-Forscher. Wichtige Grundlagen für Mobilfunk der fünften Generation wurden in dem kürzlich abgeschlossenen und als exzellent ausgezeichneten EU-Projekt ›5GNOW‹ gelegt, das Wunder koordiniert hat.

In 5GNOW, an dem auch Industriepartner wie der Netzwerkausrüster Alcatel-Lucent Bell beteiligt waren, ging es darum, die Architektur und Signalverarbeitung diesen Anforderungen anzupassen.

Noch werden alle Signale der Sender, etwa ein Video oder Steuerbefehle, synchronisiert. Das geschieht, indem die Informationen in eine charakteristische Wellenform der drahtlos übertragenen Funkwellen übersetzt werden, die Fachleute »orthogonal« nennen. So lassen sich die Signale dem Absender zuordnen und gezielt übertragen.

"Geschieht dies Nutzer für Nutzer, klappt das ganz gut. Wenn aber eine Million User zeitgleich funken, geht das nicht mehr", erklärt Wunder. Die Lösung ist ein ›asynchroner Zugriff‹. Dabei schickt der Sender seine Daten einfach los. Die Informationen werden nicht mehr umgeformt, womit auch einzelne Signale nicht mehr sauber voneinander getrennt werden. Diesen Job übernimmt der Empfänger.

Im Projekt 5GNOW wurde eine Methode entwickelt, die ihm das Erkennen und Trennen von Signalen ermöglicht, ohne dass vorher synchronisiert werden müsste. Damit erklärt sich auch der doppeldeutige Name des Projektes ›NOW‹: Er steht nicht nur für das englische ›Jetzt‹, sondern für ›nicht orthogonale Wellenform‹, kurz NOW.

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