Wie Infrastruktur-Defizite Deutschlands Konkurrenzfähigkeit gefährden 5G entscheidet den Wettbewerb

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5G gilt als Schlüsseltechnologie, weil sie sehr viel bessere Übertragungseigenschaften als bisherige Mobilfunkstandards mitbringt. Für den Wirtschafts-, Industrie- und Digitalstandort Deutschland ist die Qualität des 5G-Netzes entscheidend, nur so lassen sich Innovationen vorantreiben. Doch so recht zünden will das Feuerwerk noch nicht – mit gravierenden Folgen.

In einem schlichten Zweckbau in Mainz wurde am 12. Juni 2019 der Weg in eine neue Technologie geebnet. Die Bundesnetzagentur versteigerte die Frequenzen für die Mobilfunkgeneration 5G. Dahinter verbirgt sich aber viel mehr als nur „superschnelles Internet“ für das Smartphone, wie der Funkstandard lange in der Öffentlichkeit wahrgenommen wurde. 5G macht durch Datenübertragungen nahezu in Echtzeit völlig neue Anwendungen erst möglich. Ein prominentes Beispiel sind vernetzte Fabriken im Zuge der Industrie 4.0. Aber auch im Verkehrssektor, in der Energieerzeugung und der Medizin sowie in der Land- und Bauwirtschaft gibt es zahlreiche, vielversprechende Einsatzszenarien.

Blinde Flecken verhindern den Fortschritt

Wegen der geringen Reichweite der 5G-Frequenz eignet sich die Technologie jedoch nur bedingt für eine Versorgung mit schnellem Internet in der Fläche. Daher sollten Breitband- und Mobilfunkausbau grundsätzlich zusammen gedacht werden. Zudem muss ein Mobilfunkstandort, um ihn mit bester 5G-Leistung zu erschließen, mit Glasfaser am Netz hängen. Letztere haben die höchsten Kapazitäten und sind stabiler. Gerade in ländlichen Regionen haben Netzbetreiber in der Vergangenheit aber gerne auf Richtfunk zur Erschließung von Mobilfunkstandorten zurückgegriffen, um sich das aufwendige und teure Verlegen von Kabeln zu sparen. Richtfunk ist jedoch deutlich störungsanfälliger, und bereits bei starkem Regen können Verbindungsfehler entstehen.

Nach der letzten Übersicht der Bundesnetzagentur von Oktober 2020 sind inzwischen zwar 96,5 Prozent der Fläche in Deutschland mindestens von einem Mobilfunknetzbetreiber mit 4G versorgt, das im Laufe der Zeit auf 5G umgeschaltet werden soll. Das bedeutet aber auch: Vor allem in dünn besiedelten Gebieten gibt es immer noch so genannte „weiße Flecken“ mit gar keinem oder einem schlechten Empfang. Für die Betreiber ist der Ausbau unwirtschaftlich, weil sie dort kaum neue Kunden gewinnen können. Trotzdem müssen diese 4.400 weißen Flecken, von denen das Verkehrsministerium spricht, geschlossen werden, was mit Hilfe der zum Jahreswechsel neu gegründeten Mobilinfrastrukturgesellschaft des Bundes, kurz MIG, geschehen soll.

Bis es aber so weit ist, drohen nicht nur eine Benachteiligung der Wirtschaft, sondern auch eine Spaltung der Gesellschaft. Um beispielsweise digitale Unterrichtsangebote zu ermöglichen, benötigen Schulen und Hochschulen Gigabit-Anschlüsse – für die parallele Nutzung zahlreicher Endgeräte, aber auch für den Einsatz von Technologien wie Augmented Reality. Ein anderes Beispiel ist das Gesundheitswesen: Alte und kranke Menschen sind weniger mobil, sodass für sie die Möglichkeiten der Telemedizin eine sinnvolle Alternative sind. Allerdings erfordern Video-Sprechstunden und Ferndiagnostik die Übertragung hochauflösender Fotos und Livestreams – und damit entsprechende Netzkapazitäten.

5G braucht neue Technologien im Hintergrund

Der 5G-Standard ermöglicht eine Latenzzeit von unter einer Millisekunde, was schneller als ein Wimpernschlag ist. Gleichzeitig bietet die Technik Datenraten von bis zu zehn Gigabit pro Sekunde. Für die Industrie bedeuten diese Geschwindigkeitswerte sowohl im Bereich der Künstlichen Intelligenz als auch im Hinblick auf die vollautomatisierte Industrie 4.0, wo Roboter und Maschinen täglich mit Milliarden Daten gefüttert werden müssen, einen enormen Anschub. Auch das autonome Fahren ist erst mit Latenzzeiten im Millisekunden-Bereich möglich. Damit bietet der 5G-Funkstandard ohne Frage großes Potenzial für die Industrie und alle anderen Bereiche der Wirtschaft. Allein aus der verbesserten mobilen Datenübertragung lassen sich jedoch nur in den seltensten Fällen profitable Anwendungen entwickeln. Dafür sind weitere Technologien wie Mobile Edge Cloud (MEC), Software-Defined Networking (SDN) oder Network Functions Virtualization (NFV) im Hintergrund nötig. Erst durch sie entsteht eine programmierbare, flexible und universelle Infrastruktur.

Mit einer Mobile Edge Cloud werden am Rande des Netzwerks – also nah an den datengenerierenden Endgeräten und Sensoren – eigene Rechen- und Speicherkapazitäten bereitgestellt. Im Gegensatz zu klassischen Cloud-Lösungen mit zentralen Servern lassen sich Anwendungen ohne merkliche Zeitverzögerung von einer Edge Cloud auf eine andere verschieben, wodurch sie sozusagen „mobil“ sind. Eine große Rolle spielen MEC-Architekturen beispielsweise bei vernetzten Fahrzeugen: Frühwarnsysteme auf Basis einer Car-to-Car-Kommunikation beziehungsweise gänzlich autonom fahrende Transportmittel benötigen eine Infrastruktur, mit der der Austausch von Daten in Echtzeit zwischen den Fahrzeugen und Kommunikationspunkten auf der Strecke möglich ist.

Ein anderes Beispiel sind Smart Grids. Anstelle weniger zentraler Großerzeuger müssen künftig zahlreiche kleinere und dezentrale Stromerzeuger mit Speichereinrichtungen und Endverbrauchern, die dank eigener Solarpanels sogar selbst zu Erzeugern werden, verbunden werden. Diese intelligenten Netze ermöglichen eine effiziente Lastregelung – überschüssige Stromerzeugung von erneuerbaren Energien kann gespeichert und bei Bedarf an bewölkten Tagen flexibel bereitgestellt werden. Die dafür benötigte Datenspeicherung findet in der Mobile Edge Cloud statt, physisch nah an den Endgeräten, in diesem Fall den Zählern.

Software-definierte Netzwerke (SDN) wiederum haben sich aus der Notwendigkeit heraus entwickelt, Netzwerke mit ihrer fortschreitenden Komplexität agiler und flexibler zu gestalten. Diese Architektur ermöglicht ein rein softwarebasiertes Management des Netzwerks, wofür die standardmäßig in den IT-Komponenten implementierte Kontrollschicht von der Hardware abstrahiert wird. Die Datenschicht hingegen bleibt Bestandteil der einzelnen Netzwerkgeräte, also aller im Netzwerk eingebundenen Router, Switches und Firewalls.

Durch die Entkopplung der Kontrollebene von der darunterliegenden Datenebene ist es möglich, über einen zentralen Controller (physisch oder virtuell) das komplette Netzwerk wesentlich flexibler zu verwalten sowie Datenpakete zu priorisieren oder wenn nötig zu blockieren. Mit Hilfe der SDN-Disziplin Network Functions Virtualization werden Netzwerk-Services wie Router, Firewalls und Load Balancer als virtuelle Maschinen (VMs) auf Standard-Hardware paketiert, so dass neue Anwendungen bei Bedarf ohne zusätzliche Rechnerressourcen bereitgestellt werden können.

An einem Strang ziehen

Fakt ist: 5G wird Unternehmen nur dann zu einem Mehrwert verhelfen und neue Anwendungsfälle ermöglichen, wenn die genannten Technologien perfekt zusammenspielen und gleichzeitig der neue Mobilfunkstandard endlich Verbreitung findet. Das heißt, veraltete Telekommunikationsarchitekturen müssen ersetzt werden durch virtualisierte, softwaredefinierte, offene und automatisierte Technologien.

Um die Entwicklung von 5G voranzutreiben, sind deshalb öffentlich-private Kooperationen, die die Cloud- und IT-Industrie mit einbinden, unabdingbar. Die Regierung muss einen Weg finden, um Unternehmen in das 5G-Ökosystem zu locken, indem sie das Risiko teilt und Anreize schafft. Nur so lassen sich die Gesamtkosten für die Einführung neuer Technologien senken und gleichzeitig die Digitalisierung vorantreiben.

Das Ungleichgewicht in der Versorgungsqualität ist nicht nur für die Wirtschaft ein Problem: Ohne ein gutes Netz verstärken sich ohnehin bestehende Abwanderungsprozesse. Die heutigen Defizite in puncto Infrastruktur gefährden also über Jahrzehnte hinaus die Chancen von strukturschwachen Regionen. Die flächendeckende Mobilfunkversorgung und ein leistungsfähiges Breitband-Netz gehören daher zum Kernbestand einer zukunftsorientierten Daseinsvorsorge. Nur so ist für alle und überall im Land die digitale Teilhabe am sozialen und politischen Leben möglich.

Über den Autor

Tim van Wasen ist Vice President und General Manager Corporate Sales bei