Der künftige 5G-Mobilfunk soll auch die Funkvernetzung von Exoskeletten über große Distanzen ermöglichen – ein Anwendungsbeispiel ist die Fern-Physitherapie. Foto: NASA
Initiator Fettweis: Diese Technologie wird die Gesellschaft verändern
Dresden, 15. Mai 2014: Lahme, die mit Roboterhilfe wieder laufen lernen, unfallfreie ampellose Straßenkreuzungen und virtuelle Zeitreisen ins alte Rom – all dies und viel mehr soll der Mobilfunk der fünften Generation (5G) in etwa zehn Jahren möglich machen. „Diese Technologie wird ganze Industrie- und Gesellschaftszweige revolutionieren“, ist Professor Gerhard Fettweis überzeugt.
Gemeinsam mit 15 weiteren Professoren der TU Dresden hat er nun das interdisziplinäre „Dresden 5G Lab“ gegründet. Ziel: Dresden soll sich an die Spitze dieser Entwicklung stellen und die weltweiten Standards für den 5G-Funk definieren. Fettweis plant zudem Firmenausgründungen durch diese Forschungen und hofft auf die Ansiedlung großer Technik-Hersteller. Er will das neue Labor offiziell am 19. Mai auf einer Fachtagung in Südkorea vorstellen.
10 Gigabit Tempo und Echtzeit-Reaktion nötig
Anders als bisherige Handy-Standards wie „UMTS“ (alias „3G“ für „3. Generation“) oder „LTE“ (4G) zielt die fünfte Generation des mobilen Datenfunks nicht so sehr darauf, Sprachpakete, Dokumente oder Videos noch schneller zu übertragen. „5G“ soll zwar auch die das Datentempo auf über zehn Gigabit je Sekunde und Nutzer hochtreiben – und damit gegenüber LTE verhundertfachen –, vor allem aber reaktionsschneller, zuverlässiger und sicherer sein. Um ein „taktiles Internet“ zu schaffen, das in Echtzeit Hunderte, vielleicht sogar Tausende Nutzer, Geräte und Sensoren in einem Szenario vernetzt, müssten zum Beispiel die Reaktionszeiten des Mobilfunks von heute etwa 25 auf dann unter eine Millisekunde gesenkt werden, sagte Fettweis.
Netzausfall auf unter 1 Sekunde pro Jahr drücken
Prof. Gerhard Fettweis . Abb.: hw
Zudem falle – statistisch gesehen – der Mobilfunk jeden Tag in Summe für etwa 40 Minuten aus. Dabei handele sich meist um kleine Aussetzer, die beispielsweise zustande kommen, wenn jemand an einer ungünstigen Stelle eine Tür schließt oder ein Auto die Funkwellen kreuzt. Für den heutigen Alltagsgebrauch sei dies noch okay, meint der Professor, für einen ferngesteuerten Operations-Roboter oder eine funkbasierte Vernetzung Hunderter Roboter und Maschinen in einer hochzuverlässigen und automatisierten Fabrik dagegen völlig unakzeptabel. Daher werde 5G mehrere Frequenzen parallel nutzen müssen, um auf Ausfallzeiten unter einer Sekunde pro Jahr zu kommen.
Militär und andere sollen Frequenzen abgeben
Um diese neuen Fähigkeiten des Mobilfunks zu ermöglichen, werde freilich eine „Neuordnung der Bänder unterhalb von sechs Gigahertz“ nötig sein, die bisher noch für Militär, WLAN oder Auto-zu-Auto-Verbindungen reserviert seien, prognostizierte Fettweis. Sprich: Macht die Politik dies mit, könnten in wenigen Jahren neue Frequenz-Versteigerungen des Bundes wie seinerzeit beim Milliarden-Geschäft mit den UMTS-Bändern anstehen.
Funkstationen vernetzen sich zur Cloud
Außerdem wollen die Forscher ihre im Dresdner Zentrum für fortgeschrittene Elektronik (cfaed) gesammelten Erfahrungen mit sehr energiesparsamen und kleinen Servern einsetzen, um die 5G-Mobilfunkstationen mit leistungsfähiger Computertechnik auszustatten. Angedacht ist, im Volumen eines Tetrapacks die Rechenleistung eines Exaflop-Supercomputers unterzubringen. Diese sollen sich dann zu einer Rechnerwolke („Cloud„) vernetzen, die einen Großteil der Echtzeitberechnungen – zum Beispiel für Roboter-Fernsteuerungen – vor Ort erledigt.
Fern-Physiotherapie per Exoskelett möglich
All dies wird zum Beispiel für den Einsatz von 5G in der Telemedizin nötig sein. Ein Zukunftsszenario: Ein Patient wird nach einer Unfall-OP beizeiten wieder nach Hause entlassen, muss aber in Zukunft eine Art Roboteranzug, ein „Exoskelett“ mitnehmen. Das streift er jeden Tag über, ebenso sein Physiotherapeut, der aber in der Klinik bleibt. Vermittelt durch extrem reaktionsfreudige 5G-Funksignale könnte der Trainer dann die therapeutischen Bewegungen vormachen und das Exoskelett am Patienten macht sie in kilometerweiter Entfernung nach.
Lateinunterricht wird endlich interessant: Virtuelle Reisen ins alte Rom
5G-vernetzte Datenbrillen sollen es Schulklassen oder Forschungsteams ermöglichen, virtuelle Szenarien gemeinsam und interaktiv zu erkunden. Abb.: IPMS
„Auch der Lateinunterricht könnte endlich interessant werden“, so eine weitere Vision von Fettweis. Seine Idee: Statt auf Schulbänken zu büffeln, setzen die Kinder Datenbrillen auf, die sie in das antike Rom versetzen – wo sie dann mit Caesar und Konsorten auf Latein palavern oder mit dem gemeinen Römer auf dem Forum Romanum scherzen. All dies funktioniert freilich nur, wenn die virtuellen Figuren in Echtzeit reagieren, wenn Dutzende, ja Hunderte Schüler vernetzt werden können – was der heutige Mobilfunk noch nicht kann.
Ersteinsatz von 5G wohl in Roboterfabriken
Als Allererstes werden aber wohl der Automobilbau und andere Industriezweige von dem neuen 5G-Funk profitieren, der unzählige Roboter, Maschinen, Computer und Sensoren zur hochautomatisierten Fabrik der Zukunft vernetzten soll. Gerade diesen Fabrikeinsatz, aber auch andere Anwendungsszenarien wollen die „5G Lab“-Forscher in Dresden auch im Praxiseinsatz demonstrieren.
Interdisziplinärer Ansatz wichtig
Aber: „Allein kann all dies kein einzelner Professor mit seinem Mitarbeiterstab schaffen“, ist Fettweis, der an seinem Vodafone-Stiftungslehrstuhl seinerzeit schon Handyfunk-Techniken wie „LTE Advanced“ entwickelt hatte, bewusst. „Dafür müssen Nachrichtentechniker, Chipdesigner, Informatiker und viele andere Spezialisten mit geballter Schlagkraft zusammenarbeiten.“
Vodafone und NI unterstützen 5G-Labor
Schon beim LTE-Nachfolgestandards LTE-A hatten Fettweis und Vodafone zusammengearbeitet. Foto: Vodafone
Neben den 16 Professoren kooperieren in dem 5G-Labor deshalb auch 60 wissenschaftliche Mitarbeiter und über 450 Forschungsstudenten der TU sowie zahlreiche Industriepartner. Telekommunikations- und Chipkonzerne wie Vodafone und „National Instruments“ (NI) finanzieren moderne Ausrüstungen, die für die Mobilfunk-Entwicklung benötigt werden. „Die TU Dresden ist der weltweiten Top-Forschungsuniversitäten“, begründete NI-Präsident James Truchard die Zusammenarbeit. „Die ist führend in der Prototypen-Forschung für drahtlose Komunikationssysteme der nächsten Generation.“ Eingerichtet werden sollen in Dresden unter anderem Demonstrator-Labore mit ferngesteuerten Robotern, Programmier- und Mikrowellen-Labore. Im September 2014 will Fettweis das „Dresden 5G Lab“ offiziell eröffnen. 2015 soll das erste 5G-Testnetz auf dem Dresdner TU-Campus folgen.
Markteinführung für 5G für 2022 erwartet
Die Markteinführung des neuen Mobilfunkstandards sei etwa um das Jahr 2022 herum zu erwarten, schätzt der Professor. Einwerben will er für das Forschungsprojekt in Summe einen zweistelligen Millionenbetrag. Ein Teil der Gelder soll durch eine Kooperation mit Großbritannien fließen. Autor: Heiko Weckbrodt
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