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Kommunikationstechnologien

Moderne Kommunikationstechnologien und Innovationen im Mobilfunk haben vor allem in den beiden zurückliegenden Jahrzehnten massive Veränderungen in Wirtschaft und Gesellschaft bewirkt. Die Dynamik dieses Bereichs setzt sich fort. Aktuell zeichnen sich bereits neue, ineinandergreifende Trends ab:

  • Weiterentwicklung der 5G- in Richtung 6G-Mobilfunktechnologien: Im Vordergrund stehen dabei neue Möglichkeiten der drahtlosen Vernetzung von Maschinen in Fabriken und darüber hinaus in der Mensch-Maschine-Interaktion. Niedrige Latenzzeiten, hohe Datenraten und hohe Zuverlässigkeit bilden die Basis für neue Anwendungen und Geschäftsmodelle in Bereichen wie Industrie 4.0, Telemedizin, AR/VR und vernetzte Mobilität.
  • Offene Schnittstellen (OpenRAN): Vor allem Netzbetreiber setzen sich dafür ein, Schnittstellen von Funkzugangsnetzen zu öffnen und bisher an proprietäre Hardware gebundene Funktionen durch Software zu ersetzen. Eine besondere Rolle spielen dabei zudem neue Möglichkeiten, software-basierte Funktionen über Cloud-Lösungen bereitzustellen. Für Netzbetreiber geht es um mehr Flexibilität und Unabhängigkeit von einzelnen Anbietern sowie um Kostenreduzierung. Diese sich abzeichnende Entwicklung lässt substanzielle Veränderungen im Anbietermarkt erwarten. Einerseits geht es um Marktchancen auch für neue Anbieter von Kommunikationstechnologien, da die Abhängigkeit von wenigen, weltweit bestimmenden Anbietern abnimmt. Andererseits ist zu erwarten, dass bei Software weltweit dominierende Anbieter rasch in Konkurrenz treten werden.
  • Private Mobilfunknetze/Campus-Netze: Bei der Bereitstellung von Mobilfunkfrequenzen für die private Nutzung nimmt Deutschland eine Vorreiterrolle ein. Gemeint ist die Errichtung von eigenständigen 5G-Mobilfunknetzen etwa in Fabriken oder Kliniken. Solche sogenannten Campus-Netze ermöglichen eine bessere Adaption an spezifische Anforderungen vor Ort, im Gegensatz zur Nutzung öffentlicher Netze mit standardisierten Funktionen. Darüber hinaus können solche Netze maßgeblich dazu beitragen, die Hoheit über eigene Daten zu bewahren und die digitale Souveränität von Unternehmen zu stärken. Die Erschließung dieses Segments ist verbunden mit hohen Erwartungen an die Entstehung eines neuen, spezialisierten Anbieter- und Dienstleistungsmarkts mit Standortperspektiven für Deutschland und Europa. Chancen zeichnen sich vor allem auch für Startups und junge Unternehmen ab.

Im Rahmen der Gigabitstrategie der Bundesregierung engagiert sich das BMWK vor allem für die Weiterentwicklung von 5G-Campusnetzen und den Aufbau eines entsprechenden Ökosystems, das eine schnelle und kosteneffiziente Planung und Implementierung solcher Netze unterstützt. Dies erfolgt im Rahmen des nationalen Förderprogramms 5G-Campusnetze sowie in Kooperationsprojekten mit französischen Unternehmen und Forschungseinrichtungen.

Ein wichtiger Ausgangspunkt der vorliegenden Fördermaßnahmen sind Ergebnisse des im Zeitraum 2017 bis 2020 durch das BMWK geförderten Leuchtturmprojekt IC4F – Industrial Communication for Factories. Im Projekt wurden eine Referenzarchitektur sowie ein Technologiebaukasten für 5G-Netze in der verarbeitenden Industrie entwickelt und in der Praxis erprobt. In IC4F wurden so wesentliche Grundlagen geschaffen, auf denen die nun angestrebte Entwicklung eines Campusnetze-Ökosystems aufbauen soll, von dem gleichermaßen Technologieanbieter und -anwender profitieren sollen.

Zahlen und Fakten

  • Nach Schätzungen des Europäischen Rechnungshofs könnten die Technologien dazu beitragen, dass das europäische Bruttoinlandsprodukt (BIP) zwischen 2021 und 2025 um bis zu einer Billion Euro wächst. Dies würde für bis zu 1,2 Millionen neue Arbeitsplätze in sämtlichen Bereichen der deutschen Wirtschaft sorgen.
  • Grundlegend für die evolutionäre Entwicklung der Kommunikationstechnologien sind seit 1998 (GSM) die Spezifikationen der 3GPP, eines weltweiten Verbunds von sieben Standardisierungsorganisationen im Bereich des Mobilfunks. 3GPP veröffentlicht Zeitpläne für die Erarbeitung und Finalisierung von Spezifikations-Releases, an denen sich die Entwicklung orientiert. Das aktuelle Release 17 (10.06.2022) sorgt für zahlreiche Optimierungen im Bereich der 5G-Technologien. Seit dem Jahr 2021 werden bereits Zukunftsentwürfe für die 6G-Kommunikation diskutiert. Der 6G-Standard wird allerdings voraussichtlich erst im Jahr 2030 für die Umsetzung in Produkte und Anwendungen bereitstehen.
  • Grundlage für Campusnetze ist eine Neufassung der Frequenzordnung durch die Bundesnetzagentur (BNetzA) bzw. die Vergabe von Frequenzen im Bereich 3.700 - 3.800 MHz (Lokales Breitband). Für den Betrieb von Campusnetzen stellt die BNetzA nationale Nummernressourcen bereit. Stand Juni 2022 gingen 220 Anträge auf Zuteilung von Frequenzen für lokale 5G-Netze bei der BNetzA ein, die sämtlich eine Lizenz zur Nutzung eines lokalen 5G-Netzes erhielten. Daneben teilt die BNetzA seit 2022 auch Frequenzen im Spektrum um 26 GHz zu, deren Nutzung nicht auf ein Grundstücksnutzungsrecht und innerbetriebliche Zwecke beschränkt ist. Diese Frequenzen können auch für öffentliche Telekommunikationsdienste eingesetzt werden.

Anwendungsfelder für moderne Mobilfunktechnologien

Nachstehend wird die spezifische Nutzung von 5G-Mobilfunktechnologien und im speziellen von 5G-Campusnetzen in den Anwendungsbereichen Produktion, Medizintechnik, Häfen/Flughäfen, Land- und Forstwirtschaft sowie Bauwesen skizziert. Weitere Anwendungsfelder liegen beispielsweise in Technologieparks, im Bereich des Zivilschutzes, in der Energieversorgung, sowie für „Smart City“ oder die Versorgung abgelegener Kommunen.

Produktion: Im Produktionsumfeld fokussieren die Anwendungen auf die Vernetzung von Sensoren, Geräten und Maschinen zu einem „Internet der Dinge“ (Internet of Things/IoT). Bereits heute ist die Anzahl der vernetzten Geräte im Internet der Dinge höher als die Zahl menschlicher Internetnutzer. Die niedrigen Latenzzeiten der 5G-Technologie ermöglichen eine nahezu verzögerungsfreie Übertragung. Zusätzlich erreicht der Datentransfer annähernd die Zuverlässigkeit von kabelgebundenen Verbindungen. Damit wird auch „kritische Kommunikation“ in Echtzeit per Funk möglich. Dies gilt für einen ferngesteuerten Kran genauso wie für eine Produktionsanlage. Flexibilität ist ein weiterer Vorteil von 5G-Anwendungen. Fixe Elemente in der „5G/6G-Fabrik der Zukunft“ sind nur noch Wände und Boden. Die erforderliche Anlagentechnik lässt sich flexibel, entsprechend wechselnder Erfordernisse anordnen. Bisherige Steuerkabel können durch die drahtlose 5G-Vernetzung entfallen. Dies betrifft auch die Einbindung und Steuerung fahrerloser Transportsysteme (AGVs) in Produktionsabläufe. Neue Möglichkeiten ergeben sich weiterhin in der Visualisierung von Arbeitsprozessen etwa durch komfortabel nutzbare, drahtlose Datenbrillen (Augmented Reality/Virtual Reality).

Medizintechnik: Digitale Anwendungen in Kliniken und Arztpraxen versprechen eine deutliche Verbesserung der Patientenversorgung, etwa durch intelligente und vernetzte Operationssäle, mit echtzeitfähigen bildgebenden Verfahren und automatisierter Datensynchronisation von medizintechnischen Geräten unterschiedlicher Hersteller. Dabei bestehen, etwa in der zukunftsweisenden Telechirurgie besonders hohe Anforderungen an Dienstequalität, Latenz, Sicherheit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit. 5G-Campusnetze können hier einen wichtigen Beitrag leisten, um die Digitalisierung in diesem besonders sensiblen Umfeld voranzubringen. Neben speziellen Funktionalitäten geht es um die Integration auch drahtgebundener Medizingeräte ebenso wie die Beachtung von Störeinflüssen auf Geräte durch Funksignale.

Häfen/Flughäfen: Mit dem Einsatz der 5G-Technologien lassen sich spezielle virtuelle Netze („5G Network Slices“) für unterschiedliche Aufgabenbereiche aufbauen (Verkehrskontrolle, Infrastruktursteuerung, Intralogistik, Sicherheitsdienste), die z. B. Flughäfen benötigen. 5G-Campusnetze können damit dynamisch und flexibel an die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwender und Nutzungsszenarien angepasst werden.

Land- und Forstwirtschaft: Ein zukünftiges 5G-Anwendungsfeld für nomadische – d. h. mobile bzw. nicht ortsgebundene - 5G-Zellen („Nodes”) ist der Einsatz in der Land- und Forstwirtschaft. Sie stellen eine spezielle Form von Campusnetzen dar, die insbesondere an den Erfordernissen und Möglichkeiten kleiner und mittlerer land- und forstwirtschaftlicher Betriebe ausgerichtet sein müssen. Eine weitere Perspektive im Bereich der Land- und Forstwirtschaft bieten sogenannte Multi-Operator-Netzwerke, bei denen sich mehrere landwirtschaftliche Betriebe die 5G-Infrastruktur teilen und in denen 5G-fähige Geräte für das öffentliche Funknetz (d. h. mit der SIM eines Netzbetreibers) genutzt werden können.

Bauwesen: 5G-Anwendungen werden zunehmend auch für den Bereich der Baustellenlogistik interessant, etwa für die Koordinierung der vielfältigen Arbeitsabläufe und beteiligten Partner. Mit Hilfe echtzeitnaher Aggregation und Analyse von Sensor-, Positions-, Video-/Radar-3D Daten wird ein virtuelles Abbild der Baustelle („Baustellenzwilling“) erzeugt, welches eine fortwährende Zustandsüberwachung von Bauobjekten ermöglicht. Weitergehende Anwendungsmöglichkeiten bieten sich für die Baustellensicherheit und den Arbeitsschutz, etwa zur frühzeitigen Erkennung von Gefahren und unmittelbaren Einleitung von Maßnahmen (Not-Aus von Maschinen, Bewarnung etc.). Darüber hinaus können 5G-Campusnetze auch zur Absicherung von Baustellen vor Diebstahl genutzt werden.

Quellen: