5G und das Internet der Dinge (IoT) | Corning

Die Internet- und Mobilfunkbranche steht dank der Einführung von 5G am Anfang eines gewaltigen Umbruchs. Diese neueste Generation drahtloser Kommunikation wird eine historische technologische Entwicklung in Gang setzen, die unser aller Leben fundamental verändern wird. Sie kommt zu einem idealen Zeitpunkt und wird der Motor sein für Technologien wie künstliche Intelligenz (AI/KI), das Internet der Dinge (IoT) und Edge Computing. All dies wird zu einem tiefgreifenden Wandel für Individuen, Gesellschaften und Wirtschaftszweige beitragen.

Noch steht die Entwicklung ganz am Anfang, doch die ersten Ergebnisse sind beeindruckend und vielversprechend: Allein in den Vereinigten Staaten werden derzeit etliche Milliarden Dollar in Frequenzausbau und Infrastruktur investiert, da die nationalen Telekommunikationsanbieter eine umfassende 5G-Abdeckung planen. In den kommenden Monaten und Jahren werden Kunden und User eine Vielzahl von 5G-fähigen Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten erleben, von denen die meisten erst noch erfunden werden. Insbesondere für die Kommunikationsbranche ist das Verständnis dieses historischen Wandels und seiner vielfältigen Auswirkungen von zentraler Bedeutung.

Betrachten wir die Entwicklung von 5G genauer: Wir erleben gerade die Kindertage einer Technologie, die den Grundstein dafür legt, wie wir die Infrastruktur des Internets in Zukunft nutzen werden. Die Gegenwart steht ganz im Zeichen der Ausweitung des Mobilfunkangebots und damit verbundener Dienstleistungen und Innovationen. Doch das ist erst der Anfang. Der nächste Schritt wird die umfassende Einführung des IoT sein: Milliarden von Datenverbindungen, die sich auf alle Bereiche unseres täglichen Lebens auswirken. Gesundheitswesen, industrielle Fertigung, Fahrzeugbau und der Transportsektor werden grundlegend verbessert – und somit praktisch jeder Aspekt unseres Lebens, unserer Arbeit und unserer Freizeit.

Die erste Stufe ist eine flüssigere Mobilfunkverbindung – und die Ergebnisse der laufenden Maßnahmen sind ermutigend: 4G hat dem Smartphone ein ähnliches Anwendererlebnis beschert wie DSL-Breitband oder DOCSIS – und 5G erreicht sogar fast Glasfaserniveau. Ein Datendurchsatz im Gigabit-Bereich für das Mobiltelefon ist absehbar für die nahe Zukunft.

Kürzlich überraschte Verizon mit der Meldung, dass es in seinem bestehenden 5G-Netz unter Verwendung des Millimeterwellen-Spektrums einen Spitzenwert von 4,2 Gbit/s erreicht hat.(1)  Geschwindigkeiten wie diese dienen vorerst nur zu Demonstrationszwecken und entsprechen nicht dem, was der durchschnittliche 5G-Nutzer im großen Maßstab erleben wird, aber sie unterstreichen die zunehmenden Möglichkeiten der 5G-Technologie. Cisco prognostiziert, dass die durchschnittlichen 5G-Geschwindigkeiten bis 2023 575 Mbit/s erreichen werden, 13-mal mehr als die derzeitige durchschnittliche Mobilfunkverbindung.(2)

Die verschiedenen Anbieter haben Lizenzen für unterschiedliche Spektralbereiche erworben. Man muss also beachten, dass das verwendete Spektrum mit der Reichweite des Signals direkt korrespondiert. In aktuellen Tests des Forschungsinstituts OpenSignal erreichte beispielsweise Verizon durchschnittliche 5G-Geschwindigkeiten von 723 Mbit/s.(3) Aufgrund der ausschließlichen Nutzung eines zuverlässigeren Millimeterwellen-Spektrums (vor allem im 24-MHz- und im 28-MHz-Frequenzband) kommen hohe Geschwindigkeiten zustande, dafür wird allerdings eine größere Anzahl kleiner Funkzellen benötigt. Im Vergleich dazu erreichte Sprint, das ein 2,5-GHz-Mittelbandspektrum nutzt, eine durchschnittliche 5G-Geschwindigkeit von 183 Mbit/s, wobei die Funkanlagen weiter voneinander entfernt sind.

Unabhängig vom verwendeten Spektrum können die Netzbetreiber in den USA ihren Kunden deutlich verbesserte Leistung und Performance anbieten. Dadurch sind nun endlich alle Smartphone-Anwendungen – unabhängig von den Bandbreitenanforderungen – für jedermann zugänglich und noch besser erlebbar. Augmented Reality, wenn die 5G-Verbindungen z.B. einzigartige immersive Erlebnisse bei Live-Veranstaltungen  ermöglichen, ist dabei nur eine von vielen neuartigen, erweiterten Anwendungsmöglichkeiten, die nur durch die verbesserte Leistung des Mobilfunknetzes zustande kommen. Verizon und Snap haben sich vor kurzem zusammengetan, um auf Basis von 5G besondere Erfahrungen zu schaffen. Beispielsweise konnten Fans bei einem Live-Konzert in den Backstagebereich eintauchen, oder die Besucher im Sportstadion durften die Live-Atmosphäre auf den Sitzplätzen dank einzigartiger Effekte völlig neu erleben.(4) 

Während also bereits die erste Phase des 5G-Rollout mit ihrem Schwerpunkt auf einem verbesserten Mobilfunkerlebnis höchst ermutigende Ergebnisse liefert, wird erst Recht die nächste Phase ihr volles Potenzial ausschöpfen und die Zukunftsvisionen des Internet der Dinge zum Leben erwecken. Wesentliches Merkmal von 5G ist seine enorme Kapazität, die die Vernetzung einer großen Anzahl von Geräten und Sensoren ermöglichen wird. Cisco prognostiziert, dass allein in Nordamerika bis zum Jahr 2023 rund 5 Milliarden Endgeräte vernetzt sein werden. Sensoren oder Machine-to-Machine-Module werden 63 % dieser Geräte ausmachen.

Der Einsatz von 5G für das Internet der Dinge verspricht für die Netzbetreiber –  gerade in vertikalen Märkten – auch eine wirtschaftliche Erfolgsgeschichte zu werden. Insbesondere der Business-to-Business-Bereich wird dank 5G zum Wachstumsmotor und sich für die Netzbetreiber bis 2030 zu einem 700-Milliarden-Dollar-Markt entwickeln – schätzt Branchenriese Ericsson.(5) Zu den Schlüsselindustrien für diese Chance gehören das Gesundheitswesen, die verarbeitende Industrie und der Energiesektor. 

5G-Anwendungsbereiche umfassen z.B. automatisierte Fabriken, Smart Buildings, Drohnen, autonome vernetzte Fahrzeuge, Sicherheitsüberwachung sowie Teilschlagbewirtschaftung im Rahmen der Präzisionslandwirtschaft. Zu den laut Ericsson besonders vielversprechenden IoT-Anwendungen gehören die Echtzeit-Automatisierung, für die bis 2030 ein Umsatz von 107 Mrd. US-Dollar prognostiziert wird, und vernetzte Fahrzeuge mit 89 Mrd. US-Dollar bis 2030.

Vernetzte Fahrzeuge sind für 5G-Anwendungen von besonderem Interesse. Sie erfordern kurze Verzögerungszeiten, und erst 5G ist dazu zuverlässig in der Lage. Ein kürzlich von Sprint in Chicago durchgeführter C-V2X-Test (Cellular Vehicle-to-Everything) ergab eine um 40 % kürzere Übertragungszeit für Warnmeldungen mit 5G im Vergleich zu 4G LTE. Die Abweichung (variance) war mit 5G um 72 % geringer als im LTE-Netz. Sehr ermutigend für Anwendungen im Bereich der öffentlichen Sicherheit, wertet Sprint-Partner HAAS Alert diese Ergebnisse. Demzufolge kann 5G künftig dazu beitragen, Unfälle bei Fahrzeugen der öffentlichen Sicherheit mit C-V2X-Technologie zu reduzieren.

Die Ericsson-Daten legen nahe, dass auch Automatisierung und Robotik vielversprechende Einsatzfelder sein werden. AT&T ist eine Partnerschaft mit Badger Technologies eingegangen, um dieses Potenzial zu veranschaulichen: Mithilfe von 5G, KI und Edge Computing stellte AT&T 5G-Konnektivität für Roboter in einem Verkaufsraum zur Verfügung. Roboter im Einzelhandel können für viele Zwecke eingesetzt werden, sie erkennen ausverkaufte, falsch ausgepreiste oder falsch platzierte Waren und melden Gefahren im Laden. Der 5G-Dienst von AT&T bietet diesen Handelsrobotern eine geringere Latenzzeit und einen höheren Übertragungsdurchsatz für die Verarbeitung und den Austausch großer Datenmengen. Andernfalls würden sie das geschäftseigene Wi-Fi mit ihrem Datenverbrauch schnell überlasten und das Wi-Fi-Kundenerlebnis im Laden beeinträchtigen.(6)

Die wirtschaftliche Attraktivität von 5G geht für die Netzbetreiber weit über die reinen Bereitstellungsgebühren hinaus: Auch professionelle Dienstleistungen und betreute Netze kommen als Einnahmequellen in Betracht. Denn neben einem intensiven Mobilfunkerlebnis versprechen die  Geschäftsfelder rund um B2B und/oder IoT gleichermaßen satte Gewinne.   .

Ob Kabel- oder Mobilfunknetz: Die Vorbereitungen der Betreiberfirmen laufen auf Hochtouren, in welcher Form sie die großen Vorteile von 5G gewinnsteigernd zugunsten ihres Serviceportfolios nutzen können. Ein Merkmal jedoch wird bei allen Neuerungen die gleiche herausgehobene Rolle spielen: eine Fiber-Deep-Architektur mit ihren großen Vorteilen.

Glasfasernetze haben sich erheblich weiterentwickelt, sehr zum Vorteil der Netzbetreiber. Ältere Glasfasernetzarchitekturen waren nur für einzelne Netzfunktionen ausgelegt: ein Netz für den privaten Breitbandzugang, ein anderes für Unternehmenskunden, und ein weiteres für den Backhaul von Mobilfunkstandorten. Alle diese Netze erforderten separate Netzverwaltungsfunktionen und z.T. sogar eigene Personalressourcen. Das Resultat: ein ineffizientes Netz aus Netzen.

Doch diese Zeiten sind passé: Netzbetreiber können inzwischen bequem auf ein einziges konvergentes Netz zugreifen, um all diese Funktionen bereitzustellen. Rechtzeitig für die Einführung von 5G. Und 5G liefert eine weitere überzeugende Begründung für die auf den ersten Blick paradoxe These: Wireless needs wires – drahtlose Kommunikation benötigt Kabel. Die gewünschte hohe Bandbreite und niedrige Latenz von 5G kann nur durch ein Glasfaser-Backbone gewährleistet werden. Netzbetreiber profitieren daher von einer erheblichen Flexibilität und verschaffen sich einen Wettbewerbsvorteil, wenn sie Glasfasernetze direkt zu den Funkantennen verlegen.

Mit einem einzigen konvergenten Deep-Fiber-Netz kann jedes Marktsegment bedient und jede Kundennachfrage erfüllt werden. Und all diese Vorteile sind jetzt noch einfacher verfügbar: Durch den Einsatz von passiven optischen Netzwerken (PON) der nächsten Generation und Wellenlängenmultiplex-Technologien (Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM) ist jede Anwendung problemlos realisierbar – von Fiber-to-the-Home bis zu 5G Small Cell Fronthaul und darüber hinaus.

In einer 5G-Umgebung kann dieser Vorteil nicht hoch genug eingeschätzt werden. Netzbetreiber, die Glasfaserkabel für Privat- und Geschäftskunden bereitstellen, können problemlos 5G-Glasfaserverbindungen für Klein- und Makrozellen hinzufügen, wo und wann immer sie benötigt werden. Die Grundlagen für sowohl drahtgebundene als auch drahtlose Netzwerke können aus einem einzigen Netzwerk aufgebaut werden. Von Corning entwickelte Kostenszenarien belegen, dass der Aufbau eines einzigen Netzes, das alle drahtgebundenen und drahtlosen Anwendungen ermöglicht, die erforderlichen Materialkosten nur um etwa 6 % erhöht.

Entscheidend ist jedoch eine umfangreiche Netzplanung. Ein konvergentes Glasfasernetz, das gleichzeitig drahtgebundene und mobile Anwendungen unterstützen kann, erfordert eine solide netzwerktechnische Vorbereitung. 5G-Netze benötigen eine erhebliche Verdichtung der Antennenstandorte. Netzbetreiber müssen sicherstellen, dass sie nicht nur über eine ausreichende Anzahl von Glasfaserkabeln verfügen, um mehrere Anwendungen und mehrere Betreiber zu unterstützen, sondern auch über einfache Netzzugangspunkte für möglichst einfache Anschlussmöglichkeiten.

Wir bei Corning befassen uns nicht nur mit den theoretischen Limits der Wireless-Technologien, sondern auch ganz praktisch mit der Bereitstellung von Transport- und Zugangssystemen zur Unterstützung der Wireless-Verdichtung. Wie zum Beispiel die Evolv^®-Lösung mit Pushlok^®-Technologie – diese Portfolioerweiterung mit kleinerem Formfaktor konnten wir im Jahr 2020 als Innovation präsentieren. Durch die Verkleinerung der Terminals auf ein Viertel der Größe bestehender Lösungen lassen sich diese mühelos im öffentlichen Straßenbild oder in engen Umgebungen platzieren, wo herkömmliche Lösungen bislang nicht praktikabel waren.

Für Netzbetreiber gilt: Die Verdichtung des Netzes für 5G könnte das 16-fache der Netzknoten von 4G oder mehr bedeuten, was entsprechende Planungen und Vorkehrungen notwendig macht. Die Suche nach Partnern mit den richtigen Lösungen und der notwendigen Erfahrung ist von entscheidender Bedeutung. Für eine erfolgreiche 5G-Zukunft voller Businesschancen ist eine durchdachte Netzplanung erforderlich, außerdem müssen strategische Partnerschaften mit Weitblick eingegangen werden.