Themenseite 5G - Fraunhofer IAF

Die Versteigerung der Frequenzen für die fünfte Mobilfunkgeneration »5G« wurde im Juni abgeschlossen und schon jetzt bieten Netzbetreiber den neuen Mobilfunkstandard in mehreren deutschen Großstädten an. Dabei verspricht er gerade für die Industrie in naher Zukunft von großem Nutzen zu sein.

Dr. Rüdiger Quay, stellvertretender Institutsleiter des Fraunhofer IAF, erklärt im Video-Interview die Unterschiede zu den Vorgängern »4G« und UMTS, die Vorteile von »5G« und was die Forschung am Fraunhofer IAF dazu beiträgt.

»5G« für die digitalen Anwendungen der Zukunft

Der Bedarf an schnelleren Übertragungsformen wird immer größer. Besonders in der Industrie wird die Kommunikation zwischen Maschinen wichtiger und erfordert die Vernetzung von immer mehr Geräten, was mit aktuellen Mobilfunktechniken nur unter immensem Energieverbrauch möglich ist. Andere Anwendungen, wie zum Beispiel autonomes Fahren, die auf eine hohe Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit angewiesen sind, sind mit dem aktuellen Netz gar nicht möglich. Die neue Mobilfunkgeneration »5G« verspricht durch innovative Technologien diese steigenden Netzanforderungen genau dort zu bewältigen, wo sie auftreten und wird so zu einer Schlüsseltechnologie der Digitalisierung.

Steigender Datenverkehr fordert mehr Energieeffizienz

Die Anzahl der Mobilfunknutzer wächst weiterhin und stetig werden neue digitale Anwendungen entwickelt. Die Menge der weltweit übertragenen mobilen Daten nimmt daher explosionsartig zu, der Energiebedarf steigt gleichermaßen. Der Energieeffizienz bei der Übertragung von Daten kommt somit eine zentrale Bedeutung zu. Ein Ziel von »5G« ist es, durch effiziente Datenübertragung den steigenden Bedarf an elektronischer Kommunikation zu decken und gleichzeitig die Belastungen für die Umwelt möglichst niedrig zu halten.

Präzise und punktuell

Wie zuvor auch im »4G«-Netz werden die Daten von einem mobilen Endgerät über Sendemasten zu einer Basisstation geschickt, die diese Informationen wiederum über weitere Basisstationen und Mobilfunkmasten weiterleitet. Dabei werden die Daten in dem Frequenzbereich bis 3 GHz übermittelt. Im aktuellen Mobilfunknetz werden diese Frequenzen weiträumig durch die Sendemasten ausgestrahlt, um über eine flächendeckende Ausbreitung an ihren Zielort zu gelangen, was einen großen Energieverbrauch mit sich bringt. Im »5G«-Netz hingegen werden Frequenzen bis 6 GHz durch smarte Verteilermodule in den Basisstationen gezielt über kürzere Distanzen ausgesandt. Die Funkübertragung findet somit viel präziser statt und wird nur dorthin gesandt, wo sie auch gebraucht wird. Die Infrastruktur wird punktuell ausgebaut, also genau da, wo die höhere Leistung auch benötigt wird.

Galliumnitrid-Forschung am Fraunhofer IAF

Das Fraunhofer IAF hat jahrzehntelange Erfahrung in der Erforschung und Entwicklung von Hochfrequenz- und Leistungselektronik auf der Basis von Galliumnitrid. Diese Technologie zeichnet sich unter anderem durch extrem hohe Leistungsfähigkeit und Energieeffizienz aus. Somit hat sie viele Vorteile gegenüber der bislang vorherrschenden Siliziumtechnologie, die nicht in der Lage ist, die Leistungen, die für die höheren Bandbreiten des »5G«-Netzes benötigt werden, zu erbringen. Daher setzen die Netzbetreiber auf leistungsstärkere Bauteile aus Galliumnitrid. Auf dieser Technologie aufbauend werden am Fraunhofer IAF sogenannte MIMO, »Multiple Input Multiple Output« Mehrfachantennen für Basisstationen entwickelt, die einen effizienten und variablen Richtfunk auch in hohen Frequenzbereichen ermöglichen. Die dadurch reduzierte Streuung der Funksignale verringert nicht nur den Energiebedarf, sondern verbessert auch die Qualität der Signale im kommenden Mobilfunkstandard.

»5G« – Themenseite zum Mobilfunk der 5. Generation

»5G« als Schlüsseltechnologie für die Digitalisierung

»5G« für die digitalen Anwendungen der Zukunft

Steigender Datenverkehr fordert mehr Energieeffizienz

Präzise und punktuell

Galliumnitrid-Forschung am Fraunhofer IAF

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Prof. Dr. Rüdiger Quay