Dank virtueller Realität können Ingenieure ihre Prototypen schon auf Herz und Nieren prüfen, bevor sie überhaupt gebaut werden.
Zum ersten Mal in der noch relativ jungen Geschichte des Mobilfunks stehen Smartphones – altmodisch auch als Mobiltelefone bekannt – nicht mehr im Mittelpunkt der Entwicklung. Denn der neue Standard ist insbesondere für das Internet der Dinge optimiert: für die Milliarden an vernetzten Geräten in Häusern, im Straßenverkehr und in den Produktionsstätten dieser Welt. Die größten Folgen wird 5G voraussichtlich für die Industrie haben, nicht nur deswegen, weil Maschinen und ganze Produktionslinien künftig drahtlos und nahezu in Echtzeit miteinander kommunizieren sollen. Durch künstliche Intelligenz (KI) können selbst kleinste Abweichungen und Unregelmäßigkeiten in den frühen Produktionsphasen autonom und schnell korrigiert werden, indem gewaltige Datenmengen, die mehrere Petabyte umfassen können, in der Cloud gespeichert und analysiert werden.
Der verstärkte Einsatz von virtueller Realität wird ebenfalls zu höherer Effizienz beitragen. Produkte und Prozesse können virtuell und damit kostengünstig modelliert werden, noch bevor sie physische Gestalt annehmen. Ingenieure können so Prototypen schon auf Herz und Nieren prüfen, bevor sie überhaupt gebaut werden. Das Personal muss keine endlosen Handbücher mehr wälzen, um sich neue Prozesse einzuarbeiten. Und die Kunden am anderen Ende der Welt können ihrer Maschinen selbst reparieren – mit virtueller Unterstützung aus der Ferne.
In der wettbewerbsintensiven Fertigungsindustrie ist die intelligente Produktion Schlüssel zum Erfolg und bietet Hochlohnländern die Chance, wieder zu attraktiven Produktionsstandorten zu werden. Die deutschen Vorschriften erlauben den Betrieb lokaler, privat betriebener 5G-Netze, sogenannter Campus-Netze. In anderen Ländern sollen größere Mobilfunkunternehmen solche lokalen Teilnetze als Dienstleistung für Industriebetriebe einrichten und verwalten. Wenn Campus-Netze der Fabrikautomatisierung dienen sollen, ist es unabdinglich, deren Qualität zu verifizieren, um die notwendige Performance sicherzustellen.
In dünn besiedelten Gebieten, in denen es an medizinischem Personal und Einrichtungen mangelt, kann die Telemedizin ihr Potenzial dank 5G voll ausschöpfen.
Eine nahezu flächendeckende Verfügbarkeit von Breitbandverbindungen erlaubt es ländlichen Regionen, die Versorgungslücke gegenüber den Städten zu schließen. In dünn besiedelten Gebieten, in denen es an medizinischem Personal und Einrichtungen mangelt, kann die Telemedizin ihr Potenzial dank 5G voll ausschöpfen. Durch Videokonsultationen können spezialisierte Ärzte überall dort helfen, wo sie benötigt werden. In Zukunft werden Ärzte sogar roboterunterstützte Operationen durchführen oder begleiten – Voraussetzung hierfür ist allerdings eine schnelle, zuverlässige und ausfallsichere Datenübertragung. Wenn etwa nach einem Schlaganfall ein CT-Bild ausgewertet werden muss, können keine Zeitverzögerungen aufgrund langsamer Verbindungen toleriert werden. Auch die Sensoren für die Fernüberwachung von Vitalzeichen dürfen nicht ausfallen – sie müssen zuverlässig und ausdauernd ihre Daten übermitteln.
Diese Beispiele machen klar, dass die speziellen Eigenschaften des neuen Standards, darunter auch eine wesentlich höhere Datenrate, wichtige reale Anwendungsfälle ansprechen. Die Internationale Fernmeldeunion (ITU) erwartet im Rahmen des Programms IMT-2020 Geschwindigkeiten von bis zu 20 Gb/s. Dies entspräche dem etwa 20-Fachen der Vorgängertechnologie LTE. Dabei sei angemerkt, dass es nicht angedacht ist, LTE durch 5G zu ersetzen. LTE wird noch für viele Jahre das Rückgrat des Mobilfunks bilden.
Die eigentliche Revolution findet an anderer Stelle statt. „5G ermöglicht neuartige, anspruchsvollere Anwendungen, bei denen der Endbenutzer oft eine Maschine und kein Mensch ist“, erklärt Jeremy Carpenter, Program Manager Mobile Network Testing bei Rohde & Schwarz. „Bislang ging es bei der technologischen Evolution des Mobilfunks hauptsächlich um bessere Abdeckung und höhere Datenraten. Künftig stehen Zuverlässigkeit, Latenz und Kapazität im Mittelpunkt.“ (siehe Grafik)
Anwendungsgebiete für 5G
Um die hohen angepeilten Datenraten technisch möglich zu machen, werden deutlich größere Bandbreiten benötigt. Die aber sind im bisherigen Mobilfunkfrequenzbereich unter 6 GHz nicht mehr frei. Deshalb hat sich die Branche darauf verständigt, die Frequenzbereiche bis circa 7 GHz und im Millimeterwellenbereich bis circa 52 GHz für 5G zu nutzen. Die kommerziell bedeutenden Frequenzbänder liegen bei 3,5 GHz sowie bei 28 und 39 GHz. Die Bandbreite pro Frequenzträger wird in der Regel 100 MHz betragen, wobei im Millimeterwellenbereich sogar bis zu 400 MHz möglich sind.
Millimeterwellen: eine Herausforderung. Im Millimeterwellenbereich ist die Reichweite der Funksignale deutlich kürzer als bei LTE, sodass mehr Sendemasten und Basisstationen für die gleiche Netzabdeckung nötig sind.
Im Millimeterwellenbereich ist die Reichweite der Funksignale deutlich kürzer als bei LTE, sodass mehr Sendemasten und Basisstationen für die gleiche Netzabdeckung nötig sind. Auch deshalb setzen die Netzbetreiber bei 5G auf Beamforming. Mit Beamforming lässt sich eine höhere Systemeffizienz erzielen. Während die Signale bisher fächerförmig abgestrahlt wurden, kann der Strahl (Beam) der Basisstation bei 5G gebündelt werden. So können Signal und Störabstände optimiert und Mobilfunkgeräte gezielt angesprochen werden. Dafür sind jedoch pro Funkzelle wesentlich mehr Antennenelemente erforderlich. Die Anforderungen an Messtechniklösungen ändern sich durch Beamforming, da es im Millimeterwellenbereich zwingend notwendig ist, anstelle von verkabelten Testlösungen sogenannte Over-the-Air-Testmethoden anzuwenden.
Jahrzehntelange Erfahrung. Als Messtechnik-Spezialist mit jahrzehntelanger Erfahrung und ganzheitlicher Anbieter von Messtechniklösungen für 5G NR deckt Rohde & Schwarz sämtliche Aspekte des Mobilfunk-Ökosystems ab.
„Die zugrundeliegenden Technologien und technischen Lösungen sind komplex. Sie verlangen gründliche Tests sämtlicher Aspekte, um Interoperabilität und zuverlässige Funktion zu gewährleisten – schon lange bevor 5G den Weg vom Labor auf die Straße macht. Dazu gehören Tests von einzelnen Komponenten wie Antennen, von kompletten Basisstationen und Endgeräten, aber auch der Qualität der Dienste in einem Mobilfunknetz“, erklärt Reiner Stuhlfauth, Technology Manager Wireless bei Rohde & Schwarz. In dem ausführlichen 5G New Radio (NR) eBookerläutert er mit anderen Messtechnik-Experten von Rohde & Schwarz die Grundlagen der 5G NR-Architektur und die eingesetzten Verfahren zur Datenübertragung.
„5G ist ein äußerst flexibles System, bei dem sich die Parameter an die jeweilige Anwendung anpassen lassen, beispielsweise für Industrie-4.0-Szenarien oder die Datenübertragung an Smartphones“, erläutert Meik Kottkamp, Technology Manager Wireless bei Rohde & Schwarz, einer der weiteren Autoren. „Diese Flexibilität, die durch die hohen Frequenzen und Bandbreiten möglich ist, macht den Reiz von 5G aus. Zugleich ist sie das Anspruchsvolle, auch für die Entwickler hier bei uns und bei den Kunden.“
Als Messtechnik-Spezialist mit jahrzehntelanger Erfahrung und ganzheitlicher Anbieter von Messtechniklösungen für 5G NR deckt Rohde & Schwarz sämtliche Aspekte des Mobilfunk-Ökosystems ab – von der Signalerzeugung und -analyse über Kommunikationstests bis hin zur Verifizierung der Dienstgüte in einem Mobilfunknetz. Seit den frühen Tagen von 2G, der ersten digitalen Mobilfunkgeneration, leistet Rohde & Schwarz Pionierarbeit und unterstützt Hersteller von Infrastrukturtechnik, Endgeräten und Chipsätzen bei der Entwicklung innovativer Produkte.
