TrendDie fünfte Mobilfunkgeneration

„Um 5G kommt keiner herum“

Lesezeit ca.: 6 Minuten
Christoph Hammerschmidt

Christoph Hammerschmidt

freier Journalist

Forschungsinstitute in der ganzen Welt arbeiten fieberhaft an der Entwicklung der fünften Mobilfunkgeneration. Das 5G Lab der TU Dresden hat dabei technisch die Nase weit vorne. Von Professor Frank Fitzek, der die Forschungsaktivitäten des 5G Lab koordiniert, wollten wir wissen, warum 5G so wichtig ist.

15. Oktober 2015

Frank Fitzek: 5G-Mobilfunk ist eine Technologie, die alle einschließt. Nicht nur alle Menschen, sondern auch das Internet der Dinge. Bei 5G geht es nicht um Sprachdienste und Multimedia. Weil damit auch elektronische Steuergeräte per Mobilfunk kommunizieren können, wird es einen Einfluss auf praktisch alle Bereiche der Technik haben – von fahrerlosen PKWs bis zur Industriesteuerung.

Aber Datenkommunikation ist doch auch schon mit der dritten und vierten Mobilfunkgeneration möglich?

Fitzek: Daten ja, aber beim Steuern und Regeln kommt es in erster Linie auf die Verzögerung an, auf die Latenz. Wenn Sie an ein Auto den Befehl „Stopp“ senden, dann muss die Message innerhalb einer bestimmten Verzögerung ankommen. Diese Zeit darf maximal eine Millisekunde ausmachen – über das gesamte Mobilfunknetz hinweg. Alle heutigen Netze haben Verzögerungen von 50 Millisekunden und mehr.

Wegen der Forderung nach niedrigen Latenzen müssen auch die Cloud-Lösungen, mit denen die Steuerungen interagieren, räumlich nahe an den Endnutzer heran, am besten integriert man sie in die Basisstationen. Das bedeutet: Die Cloud muss sich mit dem Nutzer bewegen. Das nennen wir das Konzept der agilen Cloud.

Für die genannten Anwendungen ist doch wohl eine hohe Sicherheit erforderlich?

Fitzek: Ja. Heute geht das Verschicken von Daten noch ganz rudimentär vor sich: mit Datenpaketen. Dieses Konzept werden wir mit 5G aufbrechen. Wir schicken keine Pakete mehr, sondern lineare Gleichungssysteme. Das heißt, wir senden Gleichungssysteme, die auf der anderen Seite gelöst werden. Wenn jemand unterwegs Daten abgreift und versucht, diese Gleichungen zu lösen, dann braucht er sie alle, sonst kann er mit den Daten nichts anfangen. Wir verschicken die Gleichungen auch über unterschiedliche Wege. Ein Angreifer müsste dann auf all diesen Wegen zugreifen.

Trotz alledem soll die Gesamtverzögerung nicht größer sein als eine Millisekunde – wird das auch neue Ansätze bei den Rechnerarchitekturen erfordern?

Prof. Frank Fitzek

Fitzek: Wir haben hier in Dresden ja nicht nur das 5G Lab Germany, sondern eine Reihe von Verbundprojekten wie etwa HAEC, ein Sonderforschungsbereich, der sich darum kümmert, wie man 10 hoch 8 Cores in ein 1-Liter-Volumen hineinbekommt, also in den Raum einer Milchtüte. Eine Anzahl von Rechencores, die heute eine ganze Sporthalle füllen würde! Dabei darf die Leistungsaufnahme nicht höher sein als 100 Watt. Deswegen müssen wir ganz neue Wege gehen. Es ist sicherlich nicht sehr überraschend, dass auch in der Kommunikation innerhalb dieses 1-Liter-Blocks wieder die erwähnte Art der Codierung benutzt wird; diese heißt auch Netzwerkcodierung.

Wo sollen denn die Frequenzbänder für die Datenübertragungen herkommen?

Fitzek: Es stehen ausreichend Frequenzen zur Verfügung. Speziell im hohen Frequenzbereich von 60 GHz bis zu 200 GHz lassen sich hohe Datenraten bei kleinen Latenzen relativ einfach darstellen. Infrage käme auch Visible-Light-Kommunikation.

Und wo steht Deutschland in der Entwicklung von 5G?

Fitzek: Die Netzwerkcodierung stellt einen Paradigmenwechsel dar, sie wird wirklich einen Einfluss auf unsere deutsche Wirtschaft haben. Daran entscheidet sich, woher in Zukunft die Steuerungen für unsere Autos kommen, wer die Software für unsere Fabrikhallen liefern wird. Das sollten wir selber sein. Wir sollten in der Lage sein, unsere eigenen Programme in diese Systeme einzubringen. Sonst geht es uns wie Nokia: Die haben einst die beste Hardware gebaut, dann haben sie es aber verpasst, die beste Software zu entwickeln. Und jeder weiß, was mit Nokia passiert ist.

Sprachdienste und Multimedia. Weil damit auch elektronische Steuergeräte per Mobilfunk kommunizieren können, wird es einen Einfluss auf praktisch alle Bereiche der Technik haben – von fahrerlosen PKWs bis zur Industriesteuerung.

Aber Datenkommunikation ist doch auch schon mit der dritten und vierten Mobilfunkgeneration möglich?

Fitzek: Daten ja, aber beim Steuern und Regeln kommt es in erster Linie auf die Verzögerung an, auf die Latenz. Wenn Sie an ein Auto den Befehl „Stopp“ senden, dann muss die Message innerhalb einer bestimmten Verzögerung ankommen. Diese Zeit darf maximal eine Millisekunde ausmachen – über das gesamte Mobilfunknetz hinweg. Alle heutigen Netze haben Verzögerungen von 50 Millisekunden und mehr.

Wegen der Forderung nach niedrigen Latenzen müssen auch die Cloud-Lösungen, mit denen die Steuerungen interagieren, räumlich nahe an den Endnutzer heran, am besten integriert man sie in die Basisstationen. Das bedeutet: Die Cloud muss sich mit dem Nutzer bewegen. Das nennen wir das Konzept der agilen Cloud.

Für die genannten Anwendungen ist doch wohl eine hohe Sicherheit erforderlich?

Fitzek: Ja. Heute geht das Verschicken von Daten noch ganz rudimentär vor sich: mit Datenpaketen. Dieses Konzept werden wir mit 5G aufbrechen. Wir schicken keine Pakete mehr, sondern lineare Gleichungssysteme. Das heißt, wir senden Gleichungssysteme, die auf der anderen Seite gelöst werden. Wenn jemand unterwegs Daten abgreift und versucht, diese Gleichungen zu lösen, dann braucht er sie alle, sonst kann er mit den Daten nichts anfangen. Wir verschicken die Gleichungen auch über unterschiedliche Wege. Ein Angreifer müsste dann auf all diesen Wegen zugreifen.

Trotz alledem soll die Gesamtverzögerung nicht größer sein als eine Millisekunde – wird das auch neue Ansätze bei den Rechnerarchitekturen erfordern?

Fitzek: Wir haben hier in Dresden ja nicht nur das 5G Lab Germany, sondern eine Reihe von Verbundprojekten wie etwa HAEC, ein Sonderforschungsbereich, der sich darum kümmert, wie man 10 hoch 8 Cores in ein 1-Liter-Volumen hineinbekommt, also in den Raum einer Milchtüte. Eine Anzahl von Rechencores, die heute eine ganze Sporthalle füllen würde! Dabei darf die Leistungsaufnahme nicht höher sein als 100 Watt. Deswegen müssen wir ganz neue Wege gehen. Es ist sicherlich nicht sehr überraschend, dass auch in der Kommunikation innerhalb dieses 1-Liter-Blocks wieder die erwähnte Art der Codierung benutzt wird; diese heißt auch Netzwerkcodierung.

Wo sollen denn die Frequenzbänder für die Datenübertragungen herkommen?

Fitzek: Es stehen ausreichend Frequenzen zur Verfügung. Speziell im hohen Frequenzbereich von 60 GHz bis zu 200 GHz lassen sich hohe Datenraten bei kleinen Latenzen relativ einfach darstellen. Infrage käme auch Visible-Light-Kommunikation.

Und wo steht Deutschland in der Entwicklung von 5G?

Fitzek: Die Netzwerkcodierung stellt einen Paradigmenwechsel dar, sie wird wirklich einen Einfluss auf unsere deutsche Wirtschaft haben. Daran entscheidet sich, woher in Zukunft die Steuerungen für unsere Autos kommen, wer die Software für unsere Fabrikhallen liefern wird. Das sollten wir selber sein. Wir sollten in der Lage sein, unsere eigenen Programme in diese Systeme einzubringen. Sonst geht es uns wie Nokia: Die haben einst die beste Hardware gebaut, dann haben sie es aber verpasst, die beste Software zu entwickeln. Und jeder weiß, was mit Nokia passiert ist.

Ausgabe 2015/02

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