Mobilfunknetz der fünften Generation

5G steht für „5. Generation“ und bezeichnet die nächste Generation der Mobilfunknetze. 1G brachte die ersten Mobiltelefone, 2G ermöglichte den Versand von Textnachrichten, und 3G führte erstmals mobiles Internet ein. Derzeit kommt 4G zum Einsatz, das seit 2009 weltweit eingeführt wird. 4G LTE (Long Term Evolution) ist die aktuellste Version von 4G und ermöglicht Downloadgeschwindigkeiten von bis zu rund 200 Mbit/s. Die 4G-Netze stoßen jedoch inzwischen weitgehend an ihre Kapazitätsgrenzen – und das zu einer Zeit, in der Nutzer mit ihren Mobiltelefonen und anderen Geräten immer mehr Daten nutzen und höhere Geschwindigkeiten erwarten. Daher besteht dringender Bedarf an einer neuen Netzwerktechnologie, die höhere Geschwindigkeiten ermöglicht und mehr Daten an mehr Nutzer übertragen kann. Technisch gesehen bezeichnet „5G“ lediglich eine Reihe von Standards – etwa für Latenz, Netzdichte und Datenübertragungsrate –, die die nächste Generation von Mobilfunknetzen erfüllen soll. Sobald diese Standards erreicht sind, soll 5G bis zu 1.000-mal mehr Datenverkehr als heutige Netze bewältigen können und bis zu 10-mal schneller als 4G LTE sein.

Um die 5G-Standards erfüllen zu können, sind verschiedene neue Technologien erforderlich. So wird beispielsweise ein neues Frequenzband im Funkspektrum zwischen 30 und 300 GHz für die Nutzung freigegeben, um die stark steigende Zahl vernetzter Geräte zu unterstützen. Dieses Frequenzband besteht jedoch aus sogenannten Millimeterwellen, die leichter von Gebäuden blockiert und von Pflanzen sowie Regen absorbiert werden. Daher müssen Tausende kleiner Basisstationen ("Small-Cell-Technologie") installiert werden, die als Relaiskette Signale um Hindernisse herum übertragen. Darüber hinaus muss Multi-Access Edge Computing (MEC) großflächig in Mobilfunknetzen eingeführt werden, um die Latenzanforderungen von 5G zu erfüllen. Dadurch können die vom Nutzer benötigten Daten, beispielsweise ein gestreamtes Video, physisch näher am Nutzer bereitgestellt werden.

Für die flächendeckende Einführung von 5G-Technologien müssen Mobilfunknetzbetreiber jedoch ihre gesamte Netzwerkarchitektur vom Frontend bis zum Backend modernisieren, was äußerst kostspielig sein kann. Betrachtet man beispielsweise ausschließlich die RAN-Infrastruktur (Radio Access Network) im Frontend, wird die Zahl der für den 5G-Ausbau erforderlichen Basisstationen viermal so hoch sein wie bisher. Die Baukosten werden 10- bis 20-mal höher ausfallen als beim 4G-Ausbau.

Wenn die meisten Menschen an „5G“ denken, meinen sie eMBB (Enhanced Mobile Broadband). Diese Technologie ermöglicht extrem hohe Upload- und Download-Geschwindigkeiten auf Mobiltelefonen – und zweifellos wird sie ein wichtiger Treiber der 5G-Technologie im Consumer-Bereich sein. 5G ermöglicht jedoch auch wichtige Technologien in anderen Bereichen.

Ein Beispiel ist eine Gruppe von 5G-Substandards namens URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications). Sie definiert strenge Anforderungen an Netzwerklatenz und Zuverlässigkeit und ermöglicht dadurch die Umsetzung sicherheitskritischer Kommunikationsanwendungen in Mobilfunknetzen, etwa für Technologien zum autonomen Fahren. Einsatzkräfte können zudem anstelle von Funkgeräten künftig VR-Technologie nutzen, um sich ein klareres Bild von der Notfallsituation zu machen und diese besser zu verstehen.

Eine weitere Gruppe von Substandards, die als Massive Machine Type Communications (mMTC) bezeichnet wird, definiert die Fähigkeiten eines Mobilfunknetzes, eine sehr große Anzahl von Geräten auf kleinem Raum zu unterstützen, die möglicherweise nur sporadisch Daten senden. mMTC ermöglicht die Umsetzung von IoT-Anwendungsfällen (Internet of Things) in großem Maßstab – etwa für die intelligente Fabrikautomatisierung sowie Smart Homes und Smart Cities.

Qualcomm hob die zentrale Rolle von 5G in der globalen Wirtschaft hervor, insbesondere als Treiber des Umsatzwachstums in allen Branchen. Bis 2035 sollen sich die durch 5G ermöglichten Umsätze auf 13,1 Billionen US-Dollar belaufen.

GIGABYTE hat gemeinsam mit dem ITRI eine Lösung entwickelt, die Kosten senkt und eine schnellere Bereitstellung des Backends eines neuen 5G-Netzes ermöglicht – vom Edge bis zur Cloud. Dazu wurde iMEC entwickelt, eine intelligente Edge-Computing-Plattform, die den Bandbreitenbedarf für das Mobilfunk-Backhaul minimiert und eine Edge-Cloud-Plattform mit extrem niedriger Latenz bereitstellt. Durch die Kombination von GIGABYTE-Servern mit Netzwerk- und Cloud-Virtualisierungstechnologien lassen sich teure proprietäre Hardware und Software ersetzen. Dadurch können Betreiber die nächste Generation von Mobilfunknetzen schnell und kosteneffizient implementieren.