Warum 5G im Jahr 2019 endlich Realität wird

Nach vielen Jahren der Vorfreude – und ganz ohne Hype – soll 2019 endlich der Startschuss für 5G fallen. Obwohl AT&T und Verizon bereits Ende 2018 in einigen US-Städten verschiedene 5G-Dienste eingeführt haben, befinden sich die meisten Netzbetreiber weltweit noch in der Testphase. Laut einem aktuellen Bericht der Global Mobile Suppliers Association (GSA) planen jedoch 80 Betreiber in 46 Ländern, 5G bis 2022 einzuführen. Neben den USA ist auch in Südkorea, China und Japan die Einführung von 5G-Diensten für das Jahr 2019 vorgesehen. Bei den meisten europäischen Betreibern soll es dann 2020 so weit sein, wobei mindestens 37 Netzwerke in Betrieb genommen werden sollen.

Zwei wichtige Meilensteine werden dafür sorgen, dass 2019 das entscheidende Jahr für die Entwicklung von 5G wird: 3GPP, die Organisation, die mit der Entwicklung mobiler Spezifikationen betraut ist, wird Release 16 bis Dezember fertigstellen und damit die 5G-Spezifikationen abschließen, sodass die bis 2020 gesetzte Frist der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) eingehalten werden kann. Außerdem wird im Oktober dieses Jahres die Weltfunkkonferenz der ITU (WRC-19) stattfinden, auf der die Zuweisungen von 5G-Frequenzen vereinbart werden sollen.

Natürlich ist die Branche in der Zwischenzeit nicht untätig geblieben. Laut GSA investieren 192 Betreiber in 81 Ländern aktiv in 5G. Des Weiteren bereiten Chipsatzhersteller wie Qualcomm mit dem Snapdragon-X50-Modem zusammen mit einer Vielzahl von Geräteherstellern wie Nokia, Sony, HTC, Samsung, Huawei, Motorola und Xiaomi die Markteinführung von 5G-Produkten vor.

5G steht für eine Transformation drahtloser Netzwerke und basiert auf einer völlig neuen Architektur im Vergleich zu früheren Generationen. Die wachsende Nachfrage nach Hochgeschwindigkeitskommunikation mit geringer Latenz und die schiere Anzahl an Geräten, die sich laut Ericsson bis 2022 mit einem Netzwerk verbinden sollen (über 29 Milliarden), haben zu einem Umdenken im Hinblick auf mobile Kommunikationstechnologien und -techniken geführt.

Die ITU erkannte, dass die Kapazitätsgrenze aktueller 4G/LTE-Netzwerke im Jahr 2015 fast erreicht war, und definierte die Anforderungsspezifikationen (Abbildung 1) für die nächste Netzwerkgeneration 5G.

Abbildung 1: Ausgewählte Key Performance Indicators von 5G gemäß ITU-R

(Quelle: „5G for Connected Industries and Automation“, 2^nd edition, White Paper, 5GACIA, November 2018)

Um diesen anspruchsvollen Anforderungen gerecht zu werden, mussten Netzwerkentwickler einige ausgefeilte und hochmoderne Technologien einsetzen. Massive MIMO mit Beamforming wird im 5G-Radio-Access-Network (RAN) verwendet, um eine effizientere Nutzung der Frequenzbänder und höhere Bandbreiten bei vorhandenen Wellenlängen zu erreichen. Neben dem niederfrequenten Spektrum nutzt 5G auch die mmWave-Frequenzen von 30 GHz und höher, um die massiven Bandbreiten bereitzustellen, die die 5G-Spezifikation erfordert. Die Infrastrukturplanung bei diesen Wellenlängen ist aufgrund der kurzen Entfernungen, über die Signale übertragen werden, komplexer und teurer. Daher müssen Netzwerkzellen viel kleiner und dichter sein als bei 4G/LTE-Netzwerken.

5G wird außerdem eine Reihe erweiterter Netzwerkverwaltungsfunktionen (einschließlich Network Slicing) nutzen, mit denen Betreiber Dienste anbieten können, die auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten sind. Selbstfahrende Autos benötigen beispielsweise extrem schnelle Verbindungen mit geringer Latenz, um die Echtzeit-Navigation zu unterstützen. Viele IoT-Sensoren übertragen Daten jedoch in regelmäßigen Abständen als Bursts, was hohe Geschwindigkeiten und eine niedrigere Dienstklasse erfordert.

5G bietet deutlich mehr als frühere Generationen der Mobiltechnologie und wird weitaus mehr sein als die Kommunikation von Mobilgerät zu Mobilgerät. Im Jahr 2018 sollten Ericsson zufolge mehr IoT-Geräte als Mobiltelefone drahtlos mit dem Netzwerk verbunden sein. Zu diesen Geräten gehören vernetzte Autos, Maschinen, Messgeräte, Wearables und andere Verbraucherelektronik. Es wird geschätzt, dass bis 2022 18 Milliarden der prognostizierten 29 Milliarden verbundenen Geräte IoT-Geräte sein werden.

Die ITU legte drei weit gefasste Kategorien von Anwendungsfällen für 5G-Dienste fest und veröffentlichte das in Abbildung 2 dargestellte Diagramm, das zeigt, wie sich verschiedene Anwendungen auf diese Kategorien verteilen.

Abbildung 2: 5G-Anwendungsfälle

Quelle: ITU

Die intelligente Fabrik der Industrie 4.0 ersetzt statische fortlaufende Produktionssysteme durch vielseitige Produktionstechniken, die menschliches Know-how mit Automatisierung, einschließlich Cybersystemen, kombinieren. Die Geschwindigkeiten und Latenzen der eMBB- und URLLC-Funktionen von 5G heben die Einschränkungen festverdrahteter Netzwerke auf, sodass die Produktionssysteme schneller neu konfiguriert werden können.

Augmented Reality (AR) ist eine neue Technologie, die sich für eine Reihe von Anwendungsbereichen eignet, darunter Spiele, das Gesundheitswesen und Schulungen. Durch die Bandbreiten und Latenzen von 5G werden die Kosten dieser Technologie gesenkt, da Inhalte in der Cloud gespeichert und abgerufen werden können. Dadurch wird die Komplexität tragbarer AR-Geräte reduziert.

Die mMTC-Funktionen von 5G unterstützen umfangreiche Sensornetzwerke, wie sie in Raffinerien, Fabriken oder im landwirtschaftlichen Bereich zu finden sind. Bei solchen Netzwerken sind in der Regel keine regelmäßigen Datenübertragungen notwendig und sie müssen möglicherweise für längere Zeit mit Batterien betrieben werden.

Um sowohl die technischen als auch die finanziellen Vorteile von 5G zu nutzen, müssen Betreiber in die Infrastruktur investieren. Die höheren Frequenzen von 5G erfordern eine viel höhere Dichte von Netzwerkzellen, vorhandene Masten müssen mit neuen RAN-Geräten ausgestattet werden, Backhaul-Netzwerke müssen auf Glasfaser aufgerüstet werden, Netzwerkmanagementsysteme müssen modernisiert und Frequenzen müssen erworben werden. Weitere Basisstationen bedeuten auch einen höheren Stromverbrauch im Netzwerk, und da Basisstationen fast 60 % des Gesamtstromverbrauchs des mobilen Netzwerks ausmachen, droht dies die Rentabilität weiter zu beeinträchtigen. Analysten sind in dieser Hinsicht jedoch optimistisch, da 5G-Basisstationen mithilfe von energieeffizienten Techniken wie dem „Standby-Modus“ und erweiterten Softwarefunktionen voraussichtlich eine höhere Energieeffizienz als 4G-Basisstationen erzielen werden. Außerdem werden 5G-Basisstationen viel mehr Benutzer bedienen als 4G, wodurch die Energieeffizienz pro Benutzer erhöht wird.

Viele Betreiber haben die Einführung ihrer 4G/LTE-Netzwerke noch nicht abgeschlossen, was den 5G-Business-Case schwierig macht und wodurch die Einführung sorgfältig geplant werden muss. So können 5G-Dienste beispielsweise über erweiterte LTE-Netzwerke bei niedrigeren Frequenzen bereitgestellt werden, sodass Betreiber bestimmte 5G-Anwendungsfälle gewinnbringend nutzen können, während die vollständige 5G-Einführung hinausgezögert wird, bis die Bandbreite knapp wird. Bei anderen Strategien kann der Schwerpunkt auf Fixed Wireless Access (FWA) gelegt werden, wie es Verizon in den USA bereits getan hat, um Umsatzquellen durch gezielte Investitionen zu ermöglichen. Bei anderen Ansätzen ist es wahrscheinlich, dass Investitionen in die Netzabdeckung gezielt für Ballungszentren getätigt werden, in denen die Dienstaufnahme schnell erfolgen wird.

Unternehmen, die 5G implementieren, müssen sich auch mit Entscheidungen in Bezug auf Investitionen und die Einführung auseinandersetzen sowie Sicherheitsbedenken berücksichtigen, die die zunehmende Verbreitung vernetzter Geräte und die wachsende Menge an Daten, die vom Netzwerk in die Cloud übertragen werden, hervorrufen.

Trotz der oben genannten und vieler weiterer Herausforderungen lohnt sich der Aufwand für diejenigen, die die Einführung von 5G umsetzen. Laut GSMA, einer Handelsorganisation, die die Interessen von Mobilfunknetzbetreibern weltweit vertritt, wird die Anzahl an 5G-Verbindungen bis 2025 1,1 Milliarden erreichen, was dazu führt, dass der Umsatz der Betreiber bei einer CAGR von 2,5 % auf 1,3 Billionen US-Dollar steigen wird. Gleichzeitig prognostiziert eine kürzlich von Ericsson[i] durchgeführte Studie, dass IKT-Akteure dank 5G einen Umsatz von 234 Milliarden US-Dollar im Fertigungssektor erzielen werden. PWC[ii] berichtet, dass europäische Unternehmen bis 2020 jährlich 140 Milliarden Euro in 5G-basierte industrielle Internetanwendungen investieren werden und in den nächsten fünf Jahren mit einer durchschnittlichen Effizienzsteigerung von 18 % rechnen.

Es besteht kein Zweifel daran, dass 2019 das Jahr sein wird, in dem die Einführung von 5G Fahrt aufnimmt. Die Vorteile, die dieses Jahr realisiert werden, hängen jedoch stark davon ab, wo Sie leben. Wenn Sie sich in einer großen Stadt in den USA oder in Fernost befinden, werden Sie wahrscheinlich noch vor Jahresende ein 5G-Mobilgerät verwenden können. Wenn Sie in einem ländlichen Gebiet leben, kann sich Ihre Breitbandgeschwindigkeit durch 5G FWA drastisch erhöhen. Aber wo auch immer Sie sich befinden: Selbst wenn Sie dieses Jahr noch nicht in den Genuss von 5G kommen sollten, werden Sie nicht mehr lange darauf warten müssen.

[i] The Industry Impact of 5G, Insights from 10 sectors into the role of 5G, Ericsson

[ii] Industry 4.0 – Opportunities and Challenges of the Industrial Internet, PWC