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Digital Life

Wie der 5G-Standard CO2-Emissionen reduzieren kann

Smart Cities, autonome Autos, vernetzte Maschinen in der Industrie – zu all diesen Neuerungen kann der neue Mobilfunkstandard 5G der Schlüssel sein. Denn die nächste Generation des Mobilfunks verspricht nicht nur schnelleres Internet. „Es geht um ein besseres Zusammenspiel von Maschine und Mensch“, sagt Thomas Zemen, Principal Scientist am AIT Austrian Institute of Technology im Gespräch mit der futurezone. Seit 2014 forscht er dort an drahtlosen Kommunikationssystemen. Bei 5G stehe, im Gegensatz zu Vorgängergenerationen, nicht nur die Kommunikation zwischen Individuen im Mittelpunkt, sondern „die mobile Vernetzung von Maschinen und Objekten“.

Autos, die mit Autos sprechen

Wie ein Mobilfunkstandard das erreichen kann? „Entscheidend ist dabei die geringe Verzögerung im 5G-Netz“, erklärt Zemen: „Über 5G erreichen Daten innerhalb von 5 Millisekunden den Empfänger.“ Ein enormer Unterschied zur 4. Mobilfunkgeneration LTE, bei der die Datenübertragung rund 50 Millisekunden dauert. Diese Übermittlung in (nahezu) Echtzeit eröffnet zahlreiche Anwendungsfelder, so zum Beispiel im Straßenverkehr. Ein autonomes Auto ist aufgrund dieser geringen Latenz und der größeren Bandbreite in der Lage, viel schneller auf andere Verkehrsteilnehmer*innen zu reagieren.

Eine größere Bandbreite ist aber nicht das einzige Ziel, dass sich Thomas Zemen und sein Team am AIT gesteckt haben. „Wir wollen auch für hohe Zuverlässigkeit sorgen“, sagt der Wissenschaftler. Denn gerade im Straßenverkehr könne man sich einen Funkausfall nicht leisten. Die Verbindung zu anderen Verkehrsteilnehmer*innen müsse stets aufrechterhalten bleiben, „auch wenn man mit 130 Kilometern pro Stunde auf der Autobahn fährt“, sagt Zemen.

Seit 2014 forscht Thomas Zemen am AIT an drahtlosen Kommunikationssystemen. 

CO2-Sparen mit 5G

Nicht nur auf der Autobahn, sondern auch im Schienenverkehr können Millisekunden-schnelle Funksignale zum Einsatz kommen. Sicherheitssysteme, die heutzutage teuer und drahtgebunden sind, könnten durch günstigere, drahtlose Echtzeit-Kommunikationssysteme ersetzt werden. Gemeinsam mit den ÖBB forscht das AIT außerdem an selbstfahrenden Zügen. Mittels 5G-Mobilfunk sollen sie auf Nebenbahnen fahren und „so den Verkehr reduzieren und CO2 einsparen“, wie Zemen erklärt. Weniger Lkw, effizienterer Schienenverkehr, so die Logik.

Ein weiteres Problem, das adressiert werden soll: die Energieeffizienz. Trotz den zahlreichen Möglichkeiten, die neue Mobilfunkgenerationen zur Einsparung von CO2 eröffnet, sind Informations- und Kommunikationstechnologien für rund 4 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs verantwortlich. In einem Jahrzehnt können es bereits 20 Prozent sein. „Hier Möglichkeiten zu finden, energieeffizienter zu werden, das ist ebenfalls ein wichtiger Gegenstand der aktuellen Forschung", sagt Zemen.

Evolution des Mobilfunks

1G: Die 1. Generation des Mobilfunks setzte sich in Österreich in den 1980er-Jahren durch. Damals funktionierte die Mobiltelefonie noch über eine analoge Sprachübertragung. Das bedeutet, die Signale, die den Anruf ermöglichen, wurden ohne digitale Bearbeitung übertragen.

2G: Bereits in den 90er-Jahren wurde mit der 2. Generation die Sprache der Übertragung digitalisiert. Das digitale Mobilfunkzeitalter war eingeläutet. Nutzer*innen konnten SMS verschicken und um das Jahr 2000 sogar mobiles Internet nutzen, allerdings nur mit einer geringen Übertragungsrate (100 kbit pro Sekunde).

3G: Das 3G-Netz etablierte sich in den frühen 2000er-Jahren. Mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von bis zu 42 Mbit pro Sekunde brachten Mobilfunker Videoanrufe, mobiles surfen und YouTube auf das Handy.

4G: Die 4. Generation, auch genannt LTE („Long Term Evolution), startete 2010. Im Laufe der Jahre wurden dadurch immer mehr Cloud-Dienste am Handy möglich, sowie Videostreaming in Full-HD. LTE steigert die Leistungsfähigkeit der Mobilfunknetze durch eine höhere Datenübertragungsrate von bis zu 500 Mbit pro Sekunde.

5G: Der neue 5G-Standard wird seit 2020 in Europa ausgerollt und verspricht eine Übertragungsrate von bis 20 Gbit pro Sekunde und mehr, je nach Ausbaustufe. Mit 5 Millisekunden Verzögerung kommen Mobilfunker einer Übertragung in Echtzeit immer näher.

6G: Das 6G-Netz steckt zwar noch in den Kinderschuhen, Forscher*innen erhoffen sich von dem neuen Standard aber so einiges. Schätzungen zufolge soll es in etwa 10 Jahren so weit sein.

6G noch unbekanntes Terrain

Obwohl 5G gerade erst ausgerollt wird, forscht das AIT bereits an der nächsten Mobilfunkgeneration. „6G verspricht eine Latenzzeit, die 50-mal geringer als 5G ist“, sagt Zemen. Mit 6G soll die Effizienz noch weiter angehoben werden, um mehr Daten pro Sekunde übertragen zu können.

Das macht die kommende Mobilfunkgeneration zum Standard für viele Anwendungen, die mit 5G nicht möglich sind – Hologramme zum Beispiel. „Eine Holographic Presence, also ein Hologramm des Gesprächspartners am Handy anstelle des zweidimensionalen Bildes, könnte mit 6G tatsächlich Realität werden“, sagt Zemen.

Technische Hürden, dynamisches Forschungsfeld

Die hohe Effizienz stellt Forscher*innen allerdings vor eine gewaltige Aufgabe. 6G verspricht zwar eine größere Bandbreite und Zuverlässigkeit, „dazu müssen aber viele kleine Access Points her, die Signale des Mobilteils gemeinsam empfangen und verarbeiten. Durch diesen gemeinsamen Empfang kann die Zuverlässigkeit und die Bandbreite dramatisch verbessert werden“, sagt Zemen: „Die Forschung wird sich daher in Zukunft um diese Access Points drehen.“

Wie genau solche Transmitter aussehen werden, ist, laut Zemen, noch ungewiss. Viele offene Fragen also. Genau das sei der Reiz an der Erforschung drahtloser Kommunikation: „In dem Forschungsfeld ist aktuell sehr viel Dynamik drin“, hält der Wissenschaftler fest. 2030 soll 6G auf den Markt kommen. „6G wird 5G aber nicht ablösen, sondern ergänzen“, erklärt Zemen: „Dies geschieht bereits jetzt. In Gebieten, wo kein 5G verfügbar ist, empfängt man ja LTE, 3G oder 2G.“

Dieser Artikel entstand im Rahmen einer Kooperation mit AIT Austrian Institute of Technology.

Was bedeutet eigentlich…

Latenz: Bezeichnet die Zeitspanne zwischen der Einleitung eines Kommunikationsvorgangs bis zu dessen Abschluss.

Datenübertragungsrate: Auch als Datentransferrate oder Datenrate bekannt. Beschreibt die gesamte digitale Datenmenge, die auf einem Kanal übertragen werden kann. Die Angabe erfolgt in Bit pro Sekunde.

Bandbreite: Entspricht der Maximalfrequenz, mit der ein Signalwechsel stattfinden kann. Die Angabe erfolgt in Hertz. 

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Lisa Pinggera

LPinggera

Seit 2021 bei futurezone. Erzählt am liebsten Geschichten über Kryptowährungen, FinTechs und die Klimakrise. Schreibt aber über alles, was erzählenswert ist.

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