5G-Mobilfunk / IoT Energieeffizienz nicht länger Nebensache

Mit neuen Derivaten zu LTE Advanced zielen Mobilfunknetzbetreiber auf M2M-Applikationen wie energieautarke Funksensoren.

Mit jeder Mobilfunkgeneration ist die Energieaufnahme deutlich gestiegen, da die Anzahl der Teilnehmer und die Datenmenge ständig zunehmen. Ginge dies so weiter, könnte sich der Übergang auf 5G als wirtschaftlich und ökologisch schwierig erweisen. Höhere Energieeffizienz ist daher oberstes Gebot.

Mauro Boldi, Vice-Chairman der Eco Environmental Product Standards Group der ETSI, und Dr. Xiaobao Chen, Berichterstatter der 3GPP SA.

Kommende Mobilfunknetze sollen wesentlich höhere Datenraten unterstützen: bis zu 1 Gbit/s an bestimmten Punkten, zum Beispiel Indoor-Hotspots, und 50 Mbit/s überall dort, wo eine Abdeckung mit 5G zur Verfügung steht. Auch die zunehmende Anzahl vernetzter Geräte und Systeme des Internets der Dinge (IoT) soll unterstützt werden. Schätzungen gehen von bis zu 50 Milliarden IoT-Devices aus. Allerdings wird es noch einige Jahre dauern, bis diese Zahl erreicht ist.

Das Datenvolumen wird weiter wachsen, da immer mehr Anwendungen (Apps) auf erhöhte Datenraten angewiesen sind und die Inhalte, die Nutzer über das Netzwerk übertragen wollen, stetig zunehmen. Mehr Videostreaming und neue Dienste wie jene auf Basis von Augmented Reality tragen zu einem höheren Datenvolumen bei. Darüber hinaus werden industrielle, automobile und medizintechnische Anwendungen das Datenaufkommen weiter erhöhen.

Mehr Daten, weniger Energie

Als ein grundlegendes Ziel für den 5G-Standard wurde definiert, dass die Datenkapazität des Netzwerks im Laufe des nächsten Jahrzehnts um das Tausendfache steigen soll. Gleichzeitig beabsichtigt man, die weltweite Energieaufnahme für das Mobilfunknetz zu halbieren – einschließlich der bestehenden älteren Generationen. Um dies umzusetzen, muss der Gesamtwirkungsgrad des Netzwerks erheblich steigen.

Die Reduzierung der laufenden Betriebskosten und der Umweltbelastung (z. B. CO2-Emissionen) stellt einen Motivationsanreiz für Betreiber dar, auf 5G überzugehen. Die Stromaufnahme ist ein entscheidender Faktor, um Kosten einzusparen. Neben den Vorteilen für die Betreiber muss auch die Benutzerfreundlichkeit verbessert werden. Das Ziel hier wird sein, nicht nur die Verbindung zwischen Smartphone und Netzwerk zu verbessern, sondern auch längere Akkulaufzeiten zu ermöglichen, um dem Nutzer mehr Komfort zu bieten.

Eine Tatsache, die 5G von früheren Mobilfunkgenerationen erheblich unterscheidet, besteht darin, dass die Betriebsmerkmale eine Fülle unterschiedlicher, oft völlig unabhängiger Anforderungen erfüllen müssen. Diesmal geht es nicht nur darum, die Datenkapazität zu erhöhen (obwohl dies ohne Frage wichtig ist), sondern auch darum, neue Anwendungen rund um die Kommunikation zu unterstützen.

Vor allem das Internet der Dinge wird hier große Auswirkungen haben, da viele IoT-Anwendungen ihre eigenen unterschiedlichen Anforderungen aufweisen. Entfernte Sensorknoten, die z. B. für die Überwachung bestimmter Parameter in Smart Citys oder industriellen M2M-Terminals verantwortlich sind, benötigen möglicherweise eine umfassende 5G-konforme Datenanbindung. Eine hohe Datenrate hat in diesem Umfeld aber nicht höchste Priorität. Es kommt eher darauf an, die Stromaufnahme möglichst gering zu halten. Diese Sensorknoten sind jeweils immer nur kurzzeitig in Betrieb und die übertragene Datenmenge ist eher moderat. 5G muss daher einen minimalen Datendurchsatz und eine unregelmäßige Anbindung unterstützen sowie innerhalb der Strombedarfsanforderungen der Sensorknoten bleiben, die mit Batterien bis zu 15 Jahre lang betrieben werden.