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Industrie 4.0 in Echtzeit

Ultraschneller Mobilfunkstandard 5G schafft die Voraussetzungen für das taktile Internet

Es ist eines der ehrgeizigsten Großprojekte unserer Zeit: Die Entwicklung und Realisierung des neuen Mobilfunkstandards 5G. Eine Reihe von Fraunhofer-Instituten arbeitet mit Hochdruck daran, die praktischen Grundlagen für die neue Technik zu schaffen. Wie ambitioniert das Vorhaben ist, zeigt bereits ein Blick auf die Leistungsdaten von 5G. Der Nachfolger des aktuellen 4G-Mobilfunkstandards LTE erreicht eine Datenübertragungsrate von zehn Gigabit pro Sekunde, und somit 30 Mal schnellere Datenübertragungen als in LTE-basierten Systemen. Noch entscheidender ist aber die Latenzzeit: Die Fraunhofer-Forscher streben eine ultrakurze Latenz von höchstens einer Millisekunde an. Das bedeutet konkret, dass eine über 5G angesteuerte Maschine so schnell auf Steuerimpulse reagiert, dass der Mensch keine Verzögerung mehr wahrnimmt. Experten nennen dies taktiles Internet, alle angesprochenen Geräte oder Maschinen reagieren in Echtzeit.

Bei 5G geht es den Fraunhofer-Forschern aber nicht nur um Übertragungsgeschwindigkeit und Latenzzeit. Entscheidend ist auch die Zuverlässigkeit. Bei der Steuerung des Verkehrs oder bei Tele-Operation muss die Datenübertragung absolut zuverlässig und sicher sein. Doch die Datenübertragung per Funk ist heute noch viel störanfälliger, als wenn die Daten ihre Reise in einem abgeschirmten Glasfaserkabel antreten. So sorgen beispielsweise flexible ausrichtbare Antennen dafür, dass das Funksignal genau auf den Empfänger ausgerichtet ist. Eine optimierte Signalverarbeitung und die Wahl bestimmter Frequenzen, die Reflexionen in Gebäuden nutzen, tragen ebenfalls dazu bei, den Datenstrom zu stabilisieren.

Eine wichtige Rolle spielt die Technologie »Edge Computing«. Dabei werden Informationen, die beispielsweise von Sensoren generiert wurden, bereits an den Knotenpunkten vorgefiltert und erst dann übers Netz geschickt. Darüber hinaus werden beim »Edge Computing« bestimmte Funktionen direkt vor Ort durchgeführt, um die Latenzzeiten bei zeitkritischen Aufgaben auf das Minimum zu reduzieren.

Um den neuen Mobilfunkstandard auch europaweit voranzutreiben, beteiligen sich die Fraunhofer-Experten unter anderem am Projekt FANTASTIC-5G. Ziel des Projekts ist es, eine universal einsetzbare, skalierbare Schnittstelle für 5G-Mobilfunknetze zu entwickeln. Das Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI arbeitet dabei mit Partnern aus der Industrie zusammen, darunter Intel, Nokia und Samsung. Das Projekt wird von der Europäischen Union mit acht Millionen Euro gefördert.

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