Zur Institution
Der Lehrstuhl für Kommunikationsnetze an der TU Dortmund unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Christian Wietfeld forscht an der quantitativen Leistungsbewertung zukünftiger 5G+/6G-Mobilfunknetze sowie an Diensten für sicherheitskritische Anwendungen – insbesondere im Bereich der Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) sowie Cyber-physikalischer Systeme. Der Lehrstuhl verfügt über umfangreiche eigene Mobilfunksysteme und langjährige Erfahrung im Betrieb von Forschungsnetzen.
Mit substanziellen Beiträgen zu einer Vielzahl von 5G-Projekten, dem Forschungshub 6GEM sowie dem Leuchtturmprojekt 6G-ANNA konnte der Lehrstuhl stets aktuellste Forschungserkenntnisse aktiv in das Competence Center 5G.NRW einbringen.
Im Rahmen des Projekts hat die TU Dortmund ihre umfassende Mobilfunkexpertise insbesondere in den Wissens- und Technologietransfer eingebracht, neue Demonstratoren für Forschung und Entwicklung realisiert und technologische Innovationen in einem kontinuierlichen Monitoringprozess erarbeitet.
Ausgangslage
Im Jahr 2019 befand sich die 5G-Technologie in Deutschland an einem entscheidenden Wendepunkt: Mit der Finalisierung des 3GPP-Standards (Release 15) im Vorjahr und der Verfügbarkeit erster kommerzieller 5G-Komponenten begann der Übergang vom reinen Forschungsthema zur praktischen Umsetzung. Die Bundesnetzagentur versteigerte zentrale Frequenzbereiche – insbesondere im 3,6-GHz-Band – an die großen Netzbetreiber, was den Grundstein für den nationalen Ausbau legte. Gleichzeitig wurde mit der Einführung lokaler 5G-Campusnetze ein neuer Ansatz für Industrie und Forschung ermöglicht, der vor allem für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Latenz, Verfügbarkeit und Sicherheit von Bedeutung war.
Das stark wachsende Interesse der Industrie – insbesondere in den Bereichen Automobil, Logistik und Fertigung – an anwendungsnahen 5G-Campusnetzen war 2019 ein zentraler Treiber für die Aktivitäten der TU Dortmund. Die Nachfrage nach maßgeschneiderten, lokal betreibbaren 5G-Netzen mit hoher Verfügbarkeit, niedriger Latenz und flexibler Netzarchitektur (z. B. durch Network Slicing) stellte neue technische und konzeptionelle Anforderungen. Vor diesem Hintergrund setzte die TU Dortmund einen ihrer initialen Arbeitsschwerpunkte auf die Entwicklung und Erprobung geeigneter Campusnetzlösungen sowie auf den Aufbau mobiler 5G-Reallabore. Ziel war es, industrienahe Demonstratoren bereitzustellen, die einen niederschwelligen Zugang zur 5G-Technologie ermöglichen und so den Wissens- und Technologietransfer aktiv fördern.
Aufgaben und Beitrag zum Projekt
Im Rahmen des Projekts 5G.NRW übernahm die TU Dortmund mehrere zentrale Aufgaben. Ein Schwerpunkt lag auf dem kontinuierlichen Technologiemonitoring, das der frühzeitigen Identifikation und Bewertung neuer Mobilfunkinnovationen diente. Ergänzend dazu wurden praxisnahe Demonstratoren für Forschung und Entwicklung konzipiert und aufgebaut, um den Transfer in Wirtschaft und Gesellschaft zu unterstützen. Darüber hinaus wirkte die TU Dortmund federführend an der Entwicklung einer langfristigen 6G-Strategie für das Land Nordrhein-Westfalen mit.
Aus diesen Arbeitspaketen ergaben sich mehrere zentrale Forschungsfragen: So standen zu Beginn insbesondere private 5G-Campusnetze im Fokus – mit Fragestellungen zu regulatorischen Rahmenbedingungen, effizienten Planungswerkzeugen und dem operativen Betrieb. Weitere Forschungsansätze betrafen den Einsatz von Network Slicing zur Absicherung missionskritischer Anwendungen in privaten und öffentlichen 5G-Netzen sowie die Untersuchung des Potenzials von 5G-mmWave-Frequenzen inklusive anwendungsnaher Einsatzdemonstrationen. Im Kontext des Technologiemonitorings rückten auch zukunftsweisende 6G-Technologien in den Blick, darunter offene Funkzugangsnetze (Open RAN) und intelligente Reflektor-Technologien (Reconfigurable Intelligent Surfaces).
Zur Bearbeitung dieser Themen setzte die TU Dortmund auf eine Kombination aus systemischer Netzwerkanalyse, simulationsgestützter Leistungsbewertung und realen Netzlösungen, sowohl aus flexiblen Software-defined Radio Konzepten und kommerziellen Lösungen, für praxisnahe Testumgebungen sowie auf die enge Zusammenarbeit mit Industriepartnern im Rahmen von 5G.NRW Vor-Ort Terminen und Werkstattgesprächen. Eine besondere Herausforderung bestand darin, neue Technologien frühzeitig unter realen Bedingungen testbar zu machen – etwa durch den Aufbau mobiler Demonstratoren und flexibler Testumgebungen, die unabhängig vom Standort eingesetzt werden konnten. Diese Herausforderung wurde durch modulare Laborkonzepte, das mobile 5G Labor für Vor-Ort Termine und eigens entwickelte Planer, wie den 5G Campusnetz- und Energieplaner erfolgreich adressiert.
Highlights und Erfolge
5G Campusnetzplaner – Schnelleinstieg zur lokalen 5G-Funklizenz für Unternehmen
Der von der TU Dortmund entwickelte 5G-Campusnetzplaner hat sich als zentrales Werkzeug zur Förderung lokaler 5G-Campusnetze in Nordrhein-Westfalen etabliert. Seit seiner Einführung Anfang 2021 wurde das Tool von über 64.000 Nutzerinnen und Nutzern verwendet und bietet eine intuitive Möglichkeit, Zuteilungsgebühren für lokale 5G-Funklizenzen – basierend auf Grundstücksgröße, Frequenzband und weiteren Parametern – realistisch zu kalkulieren. Unterstützt werden dabei sowohl Frequenzen im Bereich von 3,7 GHz als auch im 26 GHz-Millimeterwellenband. Der initial im Plan & Play Projekt entstandene und im Competence Center signifikant weiterentwickelte Campusnetzplaner Pro erweitert das Tool um automatisierte Netzplanung und praxistaugliche Anwendungsszenarien. Damit leistet das Werkzeug einen wichtigen Beitrag zur Senkung technischer und administrativer Einstiegshürden und beschleunigt den Aufbau von Campusnetzen insbesondere für mittelständische Unternehmen. Bei Interesse stehen mehr Details mit Anwendungsbeispielen auf der Webseite des Campusnetzplaner Pros zur Verfügung.
Abbildung 1: 5G Campusnetzplaner Nutzungsstatistik- Bundesweite Resonanz bestätigt Interesse an privaten 5G Lösungen
Mobiles 5G Labor: Kernerfolg im Rahmen von 5G.NRW – Technologie greifbar vor Ort
Ein zentraler Erfolg des Projekts 5G.NRW ist das mobile 5G-Labor der TU Dortmund, das im Rahmen eines 5G.NRW vor Ort Konzepts entwickelt und eingesetzt wurde. Mit diesem mobilen Demonstrator wurde ein niederschwelliger Zugang zur 5G-Technologie geschaffen, der es Unternehmen, Kommunen und Einrichtungen ermöglicht, 5G-Campusnetze direkt vor Ort unter realen Bedingungen zu erleben und anwendungsspezifisch zu testen. Der typische Ablauf umfasst die gemeinsame Auswahl relevanter Use Cases, die Planung des Campusnetzes mit dem Campusnetzplaner, die temporäre Bereitstellung eines vollständigen 5G-Netzes am Einsatzort sowie die begleitende Beratung zu Technologien, Regulatorik und Förderoptionen.
In der zweiten Projektphase wurde der Fokus deutlich auf die belastbare Leistungsbewertung verlagert: Mithilfe des am Lehrstuhl entwickelten STING-Systems (Spatially Distributed Traffic and Interference Generation) konnten 5G-Campusnetze minimal-invasiv hinsichtlich ihrer Ende-zu-Ende-Leistungsgarantien in Kurz- und Langzeittests bewertet werden. Zusätzlich ermöglichen aktive Stresstests, die auf realistischen und reproduzierbaren Anwendungsprofilen basierten, die anwendungsnahe Emulation hochskalierter Stresstestszenarien. Diese methodische Weiterentwicklung ermöglichte eine objektive Einschätzung der Netzqualität unter praxisnahen Bedingungen und lieferte wertvolle Entscheidungsgrundlagen für weitere Netzentscheidungen.
Das 5G.NRW Vor-Ort Konzept hat so maßgeblich dazu beigetragen, die Lücke zwischen Technologieentwicklung und konkreter Anwendung zu schließen – und wurde damit zu einem Schlüsselinstrument für den Wissenstransfer und die praktische Verankerung von 5G in NRW.
Abbildung 2: 5G.NRW Vor-Ort Konzept: Hands-On-Erfahrung konkret und live vor Ort
5G mmWave Experimentalplattform – Zuverlässige Hochleistungskommunikation in dynamsichen Umgebungen
Das einzigartige Forschungs- und Demonstrationslabor der TU Dortmund liefert Einblicke in die Evolution von 5G. Spezielle Antennensysteme erlauben die Nutzung neuartiger Funkspektren für Datendienste mit hoher Bandbreite. Das Dortmunder Forscherteam konzentriert sich dabei auf die Sicherstellung einer stabilen und leistungsfähigen Kommunikationsverbindung für mobile Netzteilnehmer und zeigt außerdem Potenziale für eine verbesserte Standortbestimmung auf. Das Demonstrationslabor wurde sowohl für zahlreiche wissenschaftliche Publikationen verwendet als auch bei verschiedenen Veranstaltungen vorgeführt.
Build Your Own Monitoring System (BYOMS) – Frei verfügbares System für empirische Ende-zu-Ende Mobilfunkbewertung
Gestützt auf umfangreichen Erfahrungen aus groß angelegten Messkampagnen zur Mobilfunkabdeckung hat die TU Dortmund im Rahmen des NRW-Transferprojekts ein innovatives, praxisnahes Messsystem konzipiert. Dieses System versetzt Mobilfunkkoordinatorinnen und -koordinatoren in die Lage, eigenständig umfassende Mobilfunkmessungen in ihren Kommunen durchzuführen und schafft so eine wichtige Grundlage in Richtung der datenbasierten Infrastrukturplanung. Unter dem Leitgedanken „Build Your Own Monitoring System“ steht eine speziell entwickelte Smartphone-App zur Verfügung, die automatisiert großflächige Messungen ermöglicht. Die so generierten umfangreichen Datensätze, welche Netzabdeckung über verschiedene Technologien und Anbieter hinweg erfassen, werden über ein eigens von der TU Dortmund entwickeltes und von den Kommunen verwaltetes Backend in hochauflösende, multidimensionale Konnektivitätskarten überführt. Die Resonanz auf das System ist bemerkenswert: Zahlreiche Kreise und Städte zeigen reges Interesse und implementieren das Monitoring-System bereits in ihre Planungsprozesse – ein bedeutender Schritt in Richtung datengestützter, zukunftsorientierter Mobilfunkstrategie.
Transferprojekte
Aus dem 5G.NRW-Projekt heraus sind mehrere erfolgreiche Spin-Off-Projekte hervorgegangen, die zentrale Forschungsergebnisse in spezialisierte Anwendungsbereiche überführen. Mit Plan & Play wurde mit dem 5G Campusnetzplaner Pro ein webbasiertes Werkzeug zur vereinfachten Planung, Simulation und Vermittlung von 5G-Campusnetzen entwickelt. Mit Plan & Play Projektende wurde der 5G Campusnetzplaner Pro in das 5G.NRW Projekt überführt und dort weiterentwickelt. Das Projekt 5Guarantee fokussierte sich auf die Absicherung missionskritischer Kommunikationsanforderungen durch belastbare Leistungsnachweise in 5G-Netzen – ein entscheidender Schritt zur Vertrauensbildung in sicherheitskritischen Anwendungen. Mit dem Projekt 5hine wurde die Skalierung von 5G-Campusnetzen auf ein neues Level gehoben: Im Fokus standen solarthermische Kraftwerke als Beitrag zu erneuerbaren Energiesystemen. Alle drei Projekte verdeutlichen den nachhaltigen Transferimpuls, der aus der TU Dortmund und dem Competence Center 5G.NRW hervorgegangen ist.
Zusammenarbeit und Vernetzung
Im Verlauf des Projekts 5G.NRW konnte die TU Dortmund ein weitreichendes Netzwerk an wertvollen Kontakten aufbauen, das sowohl den Wissenstransfer als auch die strategische Weiterentwicklung im Mobilfunkbereich nachhaltig stärkt. Besonders hervorzuheben sind die zahlreichen Partnerschaften mit Industrie- und Anwendungspartnern, die ein starkes Interesse an der Umsetzung von 5G-Campusnetzen zeigten – aus vielen dieser Verbindungen sind konkrete Folgeprojekte und Kooperationsformate hervorgegangen. Ebenso wurden enge Kontakte zu Netzbetreibern und öffentlichen Institutionen, wie Mobilfunkkoordinatoren in Städten und Kommunen, geknüpft – insbesondere im Kontext der Verbesserung der öffentlichen Mobilfunkversorgung und -qualität. Auf nationaler und internationaler Ebene war die TU Dortmund zudem aktiv in verschiedene 6G-Expertengremien eingebunden, unter anderem im 6G-Flagship-Programm, wo sie mit Beiträgen zu White Papern die technologische Zukunft aktiv mitgestaltete.
Auswirkungen und Nutzen des Projekts
Das Projekt 5G.NRW hatte für die TU Dortmund weitreichende Auswirkungen und brachte eine Reihe konkreter Ergebnisse und Innovationen hervor. So wurden unter anderem mehrere Demonstrator- und Entwicklungsplattformen geschaffen, mit denen sich 5G-Technologien unter realen Bedingungen erproben, bewerten und weiterentwickeln lassen. Diese Plattformen – wie das mobile 5G-Labor, die mmWave Experimentalplattform oder der 5G Campusnetzplaner – werden über 5G.NRW hinaus aktiv in der Forschung weitergenutzt und im engen Austausch mit Industriepartnern kontinuierlich mit Blick auf zukünftige 6G-Anforderungen fortentwickelt.
Von den gewonnenen Erkenntnissen profitieren vor allem Branchen mit hohen Anforderungen an Mobilfunktechnologien im Zuge digitalisierter Industrien– etwa die Automobil- und Logistikbranche, die Industrie 4.0 sowie sicherheitskritische Infrastrukturen. Durch praxisnahe Evaluierungen, Netzplanungswerkzeuge und individuelle Beratung konnten konkrete Fragestellungen aus diesen Bereichen beantwortet und neue Lösungswege aufgezeigt werden.
Zukunftsausblick – Wie soll es weitergehen?
Die TU Dortmund wird auch in Zukunft eine zentrale Rolle in der Weiterentwicklung von Mobilfunktechnologien einnehmen – sowohl im Bereich 5G+ als auch mit Blick auf die nächste Mobilfunkgeneration 6G. Mit maßgeblicher Unterstützung des Landes Nordrhein-Westfalen und des Competence Center 5G.NRW gelang es der Universität, den durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) initiierten 6G-Forschungshub 6GEM in NRW zu etablieren. Das Projekt 5G.NRW ist assoziiert mit dem Forschungshub verwoben, dessen herausragendes Merkmal in seinen einzigartigen 6G-Testfeldern liegt. Diese Testumgebungen ermöglichen bereits heute eine praxisnahe Erprobung von Grundlagenforschungsergebnissen in verschiedenen Anwendungsszenarien. Ziel ist es, die im Rahmen von 5G.NRW entwickelten Erkenntnisse und Technologien langfristig zu verstetigen und weiterzuentwickeln.
Kontakt
Communication Networks Institute
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Christian Wietfeld
Otto-Hahn-Straße 6
44227 Dortmund
Telefon: +49 231 755-4515
E-Mail: christian.wietfeld@tu-dortmund.de