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Donnerstag, 14. September 2017, Ausgabe Nr. 37

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Mobilfunk

EU-Programme für den Mobilfunk der Zukunft

Von Uwe Sievers | 2. Mai 2014 | Ausgabe 18

Auf dem Weg zu einem Mobilfunkstandard der fünften Generation – kurz 5G – hat der Wettlauf um die Rolle des Technologieführers von morgen begonnen. Die Europäische Union fördert dazu verschiedene 5G-Projekte. Auch andere Länder entwickeln ähnliche Aktivitäten.

Reflexionsmessplatz
Foto: Fraunhofer HHI

Forschung für den Mobilfunk der Zukunft: Reflexionsmessplatz zur Charakterisierung von Materialeigenschaften. Es wird das Reflexionsverhalten von Materialproben für verschiedene Ein- und Ausfallwinkel und verschiedene Frequenzen, hier bei 60 GHz, aufgezeichnet.

"Die Datentransferraten steigen, die Latenzzeiten sinken, die Kosten pro Bit müssen fallen, der Energieverbrauch pro Bit muss verringert und die Batteriekapazitäten müssen erhöht werden", so fasst Werner Mohr, Forschungsleiter bei Nokia Solutions and Networks (NSN), die Bedingungen für den Mobilfunk der Zukunft zusammen. Die Technologien dafür existieren allerdings noch nicht.

Bereits 2013 hatte die EU Forschungsmittel in Höhe von 50 Mio. € für die Entwicklung von 5G-Technologien angekündigt. Man rechnet bis 2018 mit einem Wachstum der Smartphone-Verbreitung auf 4,5 Mrd. Geräte, gegenüber 1,2 Mrd. Geräten im Jahr 2012. Da sich der mobile Datenverkehr 2013 gegenüber dem Vorjahr verdoppelt hat, erwartet man in Brüssel bis 2018 mindestens eine Verzehnfachung.

Irgendwann werden die LTE-Netze an ihre Grenzen stoßen. Ab 2020 soll ein Nachfolgesystem verfügbar sein. Verschiedene Forschungsprojekte sollen helfen, neue Mobilfunktechnologien hervorzubringen.

Mit 29 Partnern aus dem Telekommunikationssektor, der Wissenschaft und auch der Automobilindustrie bildet Metis das größte dieser Forschungsprogramme. Metis bedeutet "Mobile and wireless communications Enablers for the Twenty-twenty Information Society" und hat sich das umfassende Ziel gesetzt, Basistechnologien für die nächste Generation der Mobilfunkkommunikation zu entwickeln. Testumgebungen und Simulationen werden ebenfalls gefördert. Es stehen insgesamt 27 Mio. € zur Verfügung, davon kommen 16 Mio. € aus Brüssel.

Das Projekt wurde bereits im November 2012 initiiert, derzeit werte man gerade erste Ergebnisse aus, um ab nächstem Jahr in die zweite Phase zu gehen, berichtete Tim Irnich, Senior Research Engineer bei Ericsson. An dem als Public-Private-Partnership gestalteten Vorhaben sind neben der Fraunhofer-Gesellschaft unter anderem Ericsson, Alcatel-Lucent, Huawei, die Deutsche Telekom, Telefónica und BMW beteiligt.

Ein deutlich kleineres Entwicklungsprogramm namens Miweba, "Millimetre Wave Evolution for Backhaul and Access", gestaltet die EU gemeinsam mit Japan. Um die Datentransferraten zu erhöhen und das Frequenzspektrum zu erweitern, soll ein Overlay aus Zellen für Millimeterwellen (30 GHz bis 300 GHz) über die bestehenden Mobilfunkzellen gelegt werden, heißt es zu den Projektzielen.

Der Vorteil dieser Technologie wird darin gesehen, dass Millimeterwellen keinerlei Störungseinstreuung in das bisherige Funknetz verursachen. "Denn wenn man kleinere Zellen in die bestehenden größeren Makrozellen integriert, dürfen diese nicht auf den gleichen Frequenzen funken, sonst entstehen Interferenzen", erklärte Richard Weiler, Projektleiter für Miweba beim Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI), gegenüber den VDI nachrichten. "Da bietet sich das Millimeter-Band an, weil es eine sehr hohe Bandbreite zur Verfügung stellt", führte Weiler aus. "Allerdings ist hier die Ausbreitung nicht so günstig, beispielsweise gehen diese Wellen nicht durch Wände."

Reflectarray-Antenne
Foto: Fraunhofer HHI

Reflectarray-Antenne: Diese Antenne funktioniert wie eine klassische Satellitenschüssel, kann jedoch durch geschickte Wahl der Größe der Reflektorelemente plan konstruiert und gefertigt werden. Die Speisung erfolgt durch den Hohlleiter links im Bild im Frequenzbereich 60 GHz.

Außerdem brauche man von diesen kleinen Zellen aufgrund ihrer beschränkten Reichweite sehr viele, daher sei mit dem Einsatz dieser Technologie lediglich an stark frequentierten Netzpunkten zu rechnen. Etwa 1,3 Mio. € stellt die EU für das Projekt zur Verfügung. Beteiligt sind neben dem Heinrich-Hertz-Institut unter anderem Intel, der Mobilfunkbetreiber Orange, Panasonic und Japans zweitgrößter Telekommunikationsanbieter KDDI.

Das EU-geförderte Programm 5Gnow untersucht alternative Wellenformen für den Einsatz in Mobilfunknetzen der fünften Generation. Den sechs Projektpartnern aus Frankreich, Polen, Ungarn und Deutschland stehen Fördermittel in Höhe von 2,5 Mio. € zur Verfügung. Man erwarte, dass in den zukünftigen Netzen eine Vielzahl von drahtlosen Geräten mit kleiner Sendeleistung und hohen Latenzanforderungen unkoordiniert auf den Mobilfunkkanal zugreife, erklärte Gerhard Wunder, der Leiter für 5G-Forschungsarbeiten beim Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut, den Ansatz des Projekts.

Da es Anfang 2015 ausläuft, hat man sich schon über das weitere Vorgehen verständigt: "Viele der aufgeworfenen Fragestellungen werden ab 2015 im Forschungsrahmenprogramm 5GPPP der EU weiterführend untersucht", so Wunder.

Andere Länder wie Korea, Japan, China oder die USA hätten ähnliche Programme aufgelegt, berichtete Thomas Haustein. Er ist Bereichsleiter für mobile Breitbandkommunikationsnetze beim Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut. Für die Entwicklung der chinesischen 5G-Infrastruktur veranschlagt Huawei ein Investitionsvolumen von rund 600 Mio. $. Südkorea will in den kommenden sechs Jahren sogar rund 1,5 Mrd. $ investieren. Eine erste Erprobungsphase ist dort bereits für 2017 geplant.

Das Budget der EU-Förderprogramme fällt demgegenüber deutlich geringer aus, trotzdem stoßen sie auf großes Interesse: Die gemeinsame Forschung mit Konkurrenten als Projektpartnern bedeute Konsensbildung, so Forschungsleiter Mohr von NSN. "Das hilft bei der späteren Standardisierung", sagt er.

Mohr rechnet damit, dass die Standardisierungsphase 2017 beginnen werde. Neues werde sicherlich am Rande bedeutender Großereignisse in Betrieb genommen, spekulierte er. "Die Olympischen Winterspiele 2018 in Korea könnten so ein Event sein."

Ein zentrales Kriterium der neuen Mobilfunktechnologie werde die Low-Latency-Kommunikation sein, also Kommunikation mit möglichst geringen Laufzeiten, meinte Andreas Jungmaier von Vodafone. Denn geringe Verzögerung ist eine Voraussetzung für Echtzeitkommunikation und die gilt als Kernanforderung für das Internet der Dinge, in dem Geräte autonom untereinander kommunizieren, zum Beispiel im Straßenverkehr.

Während für akustische Signalübertragung, wie Telefongespräche noch 100 ms Latenzzeit ausreichten, um keine Verzögerung wahrzunehmen, seien es für audiovisuelle Kommunikation nur noch 10 ms. Und für ein haptisches Feedback, wie bei Steuerungssystemen, nur noch 1 ms, was schon sehr anspruchsvoll sei, erzählt Jungmaier. "Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation stellt neue Anforderungen", meint daher Fraunhofer-Mann Haustein. Dieses "taktile Internet" mit lediglich 1 ms Verzögerungszeit ermögliche vielfältige neue Dienste, etwa in der Verkehrskommunikation, so Jungmaier.   

  UWE SIEVERS

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