5G – Die Revolution im Mobilfunk

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Um dem steigenden Grad der Vernetzung in den Smart Factories und Smart Cities gerecht zu werden, wird ein Funkstandard benötigt, der tausende Devices schnell und effizient miteinander verbinden kann. 5G bietet die Möglichkeiten mehr Geräte schneller miteinander zu vernetzen und gleichzeitig eine garantierte Verfügbarkeit sicherzustellen.

Die Mobilfunk-Revolution

5G – die neuste Generation im digitalen Mobilfunk, ist bald in aller Hände – der Netzausbau schreitet voran und erste Devices sind verfügbar. In unserer dreiteiligen Blog-Serie möchten wir die wichtigsten Themen um 5G aufgreifen:

  1. 5G Basics und der Beginn einer 10-jährigen Reise
  2. Technologie Deep Dive der wichtigsten 5G-Funktionen
  3. Use-Case Deep Dive für verschiedene Industrien

Alle bisherigen globalen Funkstandards, angefangen mit den ersten Mobilfunknetzen in den 1980er-Jahren bis zu den heutigen LTE-Netzen, hatten stets den Menschen im Fokus. Mit dem Mobilfunk der ersten Generation kamen die Mobiltelefone auf den Markt und realisierten mobile Telefonie. Mobilfunknetze der zweiten Generation ermöglichten Dienste wie Text- und einfache Bildnachrichten und brachten mit dem GSM den ersten globalen Mobilfunkstandard hervor. Mit der Einführung der Mobilfunknetze der 3. Generation (UMTS) konnten erstmals große Datenmengen in bisher ungeahnter Geschwindigkeit transferiert werden – Multimediainhalte und echte Webseiten setzten sich auch auf den Telefonen durch. Mit LTE konnten Daten mit extrem hohen Geschwindigkeiten transferiert werden und Datenpakete wurden erschwinglich. Dies führte zu einer krassen Veränderung im Nutzungsverhalten: Streamingdienste wie Spotify und YouTube konnten sich neben anderen auf mobilen Endgeräten etablieren und der Weg für videobasierte Apps wie Snapchat, Instagram oder TikTok war geebnet. Bisher hatten die Generationssprünge aber keinen gravierenden Einfluss auf das industrielle Umfeld.

Funktionale Qualitätsverbesserung

Der Schritt von LTE auf 5G ist für Industrie-4.0-Anwendungen, Smart Mobility und viele weitere Vertikalen etwa vergleichbar mit der gleichzeitigen Einführung des HD-Fernsehens und der Flachbildfernseher. Unterschiedlichste neue Anwendungsbereiche im industriellen Umfeld können durch die hohen Geschwindigkeiten, niedrigen Latenzen und der hohen Device-Dichte ermöglicht werden.

Das wohl bekannteste und meistbeworbenste Feature ist die hohe Geschwindigkeit. Im Optimalfall kann mit 5G eine ganze DVD in 4 Sekunden transferiert sein. Deutlich industrienäher, aber nicht so plakativ ist die niedrige Latenz von theoretisch bis zu 1ms. Dies ist insbesondere für die Reaktionszeit von Robotern oder Fahrzeugen relevant. Zudem können mit 5G bis zu 100x mehr Devices pro km² angeschlossen werden als mit 4G. Jede Maschine und jedes wichtige Stellrad in einer Maschine kann mit einer sicheren, verfügbaren Funkverbindung versorgt werden – Smart Dust wird Wirklichkeit.

Neben diesen Features gibt es viele neue, insbesondere im professionellen Bereich benötigte Funktionen (Edge Computing, Lokalisierung uvm.). Mehr zur technischen Finesse von 5G im nächsten Blog-Artikel im Januar.

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Mehrwert durch 5G

5G bietet Potentiale und Reserven um die anspruchsvollsten Use-Cases in der Industrie 4.0, aber auch Smart City und Mobility umzusetzen, während die vorhandenen Funkttechnologien in ihren jetzigen Einsatzgebieten bereits an Grenzen stoßen. Interdependenzen durch Überschneidungen in den Frequenzen (WiFi), zu hohe Latenzen, Verbindungsabbrüche des autonomen Fahrzeuges zwischen den Access Points oder schlicht eine zu geringe mögliche Anzahl an IoT-Devices sind einige der Probleme, die heute auftreten.

Die hohe Flexibilität, die in der softwarebasierten Natur des Funkstandards begründet liegt, und die Anpassungsfähigkeit von 5G bedeuten, dass 5G auf einzelne Use-Cases maßgeschneidert werden kann und diese anschließend sogar unabhängig aus einer Basestation ausstrahlen kann.

Neben der Flexibilität und den Potentialen bietet 5G ein enormes Kostensparpotenzial, da es ein Multi-Purpose-Network ist und die bisher verwendeten Netzwerktechnologien (z.B. WLAN, Bluetooth) in lizensierten und unlizensierten Bändern ablösen kann. Durch das Network Slicing könnte 5G in einem Netzwerk extrem hohe Datenmengen transferieren und damit beispielsweise das Büronetzwerk versorgen, während ein weiteres Slice parallel und abgetrennt die Produktion mit einem nahezu Echtzeitnetzwerk versorgt. Durch ein privates Funknetz können aber auch mögliche Kostensparpotentiale gehoben werden, während gleichzeitig die Effizienz und Effektivität des Netzwerkes steigt.

10 year journey

Wir befinden uns kurz nach dem Start einer 10-jährigen Reise der Funkstandard- und Anwendungsfallentwicklung. Das Upgrade und der Aufbau von Sendemasten und Basestations ist in Deutschland in vollem Gange. Die Telekom will bis Ende 2020 mehr als 50% der Bevölkerung mit 5G versorgen können. Vodafone versorgt bereits über 1000 Standorte mit 5G und Telefonica hat im Oktober 2020 das erste 5G-Netz live geschaltet.

Die Weiterentwicklung von 5G erfolgt in etwa 18-monatigen Releasezyklen. Das aktuell verfügbare Release 15 adressiert mit der verfügbaren schnelleren Datenübertragung (Enhanced Mobile Broadband) Privatkunden. Das im Juli 2020 verabschiedete Release 16 realisiert für Unternehmen und Organisationen kritische Aspekte wie die Unterstützung von ultra-niedrigen Latenzen bei garantierter Verfügbarkeit (URLLC) und erweitertes Slicing. Erste Endgeräte, die dieses Release nativ funken können, werden in 2021 erwartet.

Im Jahr 2008 waren einige der Hauptanwendungsfälle von LTE (im privaten Bereich) wie Streamingapplikationen oder Soziale Netzwerke (TikTok, Instagram) wenn überhaupt nur sehr rudimentär verfügbar. Im Verlauf des Lebenszyklus von 4G wurden neue Funktionen entwickelt und innovative Geschäftsmodelle eingeführt. Eine ähnliche Entwicklung wird 5G im professionellen Bereich starten. Die Einsatzbereiche in den Werkshallen, in der Smart City oder im Krankenhaus werden sich mit dem Standard entwickeln und vorhandene Geschäftsprozesse und -modelle disruptieren.

Ausblick

Im zweiten Blogeintrag unserer 5G-Serie möchten wir einen Blick auf die Technologien in und um 5G werfen und diskutieren, wann der Einsatz eines privaten oder eine öffentlichen Netzes möglicherweise effizienter ist. Gerade bei der Abwägung der Total-Cost of Ownership eines Funktnetzes gilt es zu verstehen, unter welchen Umständen ein 5G-Funknetz kostengünstiger sein kann als ein WLAN – und wann dies nicht der Fall ist.

Um bereits heute mehr darüber zu erfahren, wie Sie Ihr Unternehmen mit 5G zukunftsfähig vernetzen können und wie Capgemini Invent Sie dabei unterstützen kann, kontaktieren sie gerne unseren Experten Stefan Muderack.

Vielen Dank an die Co-Autoren Andreas Kaselowsky, Georg Tsilingeridis und Lorraine Wirtz.

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