Mobilfunk 5G – noch mehr Menschen und Dinge vernetzen

Aktuelle technische Trends und Innovationen, die künftig die Elektronikbranche und die Halbleiterhersteller prägen.

Nicht nur Menschen, sondern auch Maschinen soll die fünfte Mobilfunkgeneration vernetzen. Damit dies erfogreich funktioniert muss 5G, nach Dr. Ahmad Bahai, Technikchef bei Texas Instruments und Direktor des TI Corporate Research, Kilby Labs, vier wesentliche Eigenschaften erfüllen.

Der Trend zu einer vernetzten Welt und Gesellschaft, in der die permanente Verbindung mit dem Internet einen zusätzlichen Nutzen schafft, gewinnt zusehends an Fahrt. Im Jahr 2013 waren mehr als 96 % der Weltbevölkerung Mobilfunk-Teilnehmer, und über 74 % der Bevölkerung in den entwickelten Ländern nutzten ein breitbandiges Mobilfunknetz. Bis 2019 wird eine weitere Verzehnfachung des Datenverkehrs in den Mobilfunknetzen erwartet, und nahezu jeder Mensch auf der Welt wird bis dahin Mobilfunk-Teilnehmer sein [1]. Zu alledem wird auch die Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) um die verfügbare Bandbreite konkurrieren. Wussten Sie, dass ein Düsentriebwerk während eines Flugs mehr als ein halbes Terabyte an Daten erfasst und dass ein Großteil davon an Stationen auf der Erde übermittelt wird? Ein Sensor an einer Schaufel der Gasturbine produziert täglich mehrere Gigabytes an Daten.

Es sind gleich mehrere Faktoren, die diesen exponentiellen Nachfragezuwachs nach Funkkommunikation vorantreiben. Zum Beispiel schöpfen neue Anwendungen und datenintensive Inhalte die Kapazität neuer Funknetze rasch aus: die Übertragung von Audio- und Video-Signalen als Datenstrom und Cloud-basierte Dienste werden bis zu 80 % der Nutzdaten ausmachen, die in Mobilfunknetzen übertragen werden [2]. Zusätzlich angeheizt wird die Nachfrage nach mehr Bandbreite außerdem durch die künftige Videoübertragung in HD.

Die Funkvernetzung verdrängt mit hohem Tempo viele Arten der leitungsgebundenen Vernetzung. In vielen Teilen der Welt werden Breitband-Internetzugänge bereits vorrangig über Funkkommunikation eingerichtet. Zahlreiche portable Geräte haben keine USB-Schnittstelle und kein Monitoranschluss mehr, sondern erledigen sämtliche Übertragungen per Funk. Darüber hinaus erleben wir, dass immer mehr Geräte über Funk und ohne Zutun des Menschen miteinander kommunizieren. Die maschinelle Kommunikation in industriellen und kommerziellen Anwendungen und in anderen Funksensornetzwerken wird mittlerweile vermehrt implementiert.

Steigende Tendenz melden auch Cloud-Dienste, denn Rechen- und Speicherfunktionen werden aus Endgeräten immer mehr in Cloud-basierte Ressourcen ausgelagert. Neue eCommerce-Anwendungen, basierend auf Mobilfunk, wie zum Beispiel Fahrgemeinschaften, Fernerfassung mit Drohnen und viele mehr sind im Kommen. All dies wird den Datenverkehr in den Mobilfunknetzen weiter anwachsen lassen, auch wenn dies häufig im Hintergrund geschieht – zwischen Gerät und Cloud-Server.

Es sind also zwei Faktoren, die den Bedarf an richtungsweisenden Techniken in den künftigen 5G-Standards befeuern.

  • Erstens geht es um die Optimierung und Aufwertung der bestehenden Nutzungsweise mit dem Ziel, eine 100fache Steigerung der Netzwerkkapazität zu erreichen.
  • Zweitens ist eine Verbesserung der Latenz um den Faktor 10 gefragt, um neue Dienste wie die M2M- und die Fahrzeug-Kommunikation sowie weitere sicherheitsrelevante, auf geringe Latenz angewiesene Anwendungen zu unterstützen.