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In Bristol
Frankfurter Forscher testen 5G-Mobilfunk

Ina Matthes / 07.02.2019, 08:00 Uhr
Frankfurt (Oder) (MOZ) Im nächsten Jahr soll es 5G-Mobilfunk  in Deutschland geben. Doch bevor Tausende Funkmasten aufgestellt werden, muss das neue Netz getestet werden: Wissenschaftler am Frankfurter IHP haben das ausprobiert: unter anderem in Bristol.

Wie versorgt man belebte Gebiete wie eine Innenstadt, Stadien, Flughäfen mit dem neuen 5G-Funk? Was ist zu tun, damit das Netz während eines Fußballspiels nicht zusammenbricht? Solche Fragen sind in einem europäischen Projekt  untersucht worden, an dem das Leibniz-Institut für innovative  Mikroelektronik aus Frankfurt (Oder) (IHP) beteiligt war. In verschiedenen Städten  – darunter Bristol – wurde der 5G-Funk in dem drei Jahre dauernden Projekt getestet.

Der neue Mobilfunk der fünften Generation soll bis zu tausendmal mehr Daten übertragen können als die beste Technologie heute – LTE. Doch dafür reicht es nicht, mehr Funkmasten aufzustellen. In Innenstädten etwa alle 200 Meter einen. Für 5G braucht man eine neue und teure Infrastruktur. Ein Netzwerk, dessen Außenposten die  Funkmasten sind, die die Signale direkt an Smartphones weiterleiten. Diese Masten sind verbunden mit diversen grauen Schränken – sogenannten Basisstationen und Controllern. Sie steuern die Funkmasten und sorgen beispielsweise dafür, dass der Handy-Empfang nicht abbricht, wenn der Besitzer sich von einer Funkzelle in die nächste bewegt.

Außerdem muss die Technik erkennen: Will hier einer telefonieren oder sendet er Daten? Telefonsignale werden an die Telefon-Vermittlungseinrichtungen weitergeleitet. Daten müssen den Weg ins Internet finden. Diese komplexe Technik hinter dem Funkmast ist untereinander teils über Funk, vor allem aber über Kabel verbunden. Ohne moderne Glasfaserleitungen funktionieren 5G Netze nicht.

Dieses Netzwerk zum Laufen zu bringen, wurde im vergangenen Sommer in Bristol und anderen europäischen Städten getestet. Das Frankfurter IHP hat die Arbeit von zwölf an dem Test beteiligten europäischen Partnern koordiniert und selbst Lösungen beigesteuert. Die Frankfurter sind Experten für schnelle Funkverbindungen mit hohen Datenraten. Sie entwickeln solche Technologien vom Mikro-Chip bis hin zu Kommunikations-Systemen.  Sie forschen unter anderem an der Millimeterwellen-Technologie, die für 5G Mobilfunk gebraucht wird. Das sind hochfrequente Radiowellen im Bereich von 30 bis 300 Gigahertz, wie sie zum Beispiel für Radar eingesetzt werden. Zum Vergleich: Millimeterwellen haben eine Wellenlänge von ein bis zehn Millimetern – beim UKW-Radio beträgt sie einen bis zehn Meter. Solche hochfrequenten Funkverbindungen auf Millimeterwellenbasis haben einen großen Vorteil: Damit lassen sich viel mehr Daten übermitteln. „Wir wollen möglichst viele Datenströme gleichzeitig übertragen“, sagt Eckhard Grass, Professor für Drahtlose Breitbandkommunikation und Teamleiter am IHP. Aber: Wenn viele Funkwellen parallel auf die Reise gehen, dann überlagern sie sich – abhängig von der jeweiligen Umgebung. Um die Signale beim Empfänger sauber wieder auseinander zu sortieren, installiert man nicht nur eine Antenne. Sondern hunderte kleine Antennen, die parallele Verbindungen zu einem Mobilfunkmast herstellen. Mit cleveren Verfahren kann man so mehr Daten übertragen und mehr Nutzer bedienen.

Das IHP forscht an diesen Antennen, aber auch an einer weiteren für 5G wichtigen Technologie: Beamforming.  Antennen senden Funkwellen nicht einfach in alle Himmelsrichtungen, sondern bündeln sie gezielt in Richtung eines Empfängers.  Das verbessert nicht nur den Empfang, sondern verbraucht auch weniger Energie.

Viele Daten gleichzeitig senden und sie sauber empfangen, ist eine Herausforderung bei 5G-Netzen. Diese müssen sich auch anpassen können, wenn einzelne Verbindungen ausfallen. Dann müssen sich die Signale einen neuen Weg zum Empfänger suchen. Dasselbe gilt auch, wenn die Nachfrage in bestimmten Funkzellen enorm steigt. Etwa bei einem Fußball-Bundesligaspiel rund um das Stadion. Ab Oktober soll ein solches 5G-Netz auch in Berlin probeweise aufgebaut werden. Forscher vom Frankfurter IHP und dem Berliner Fraunhofer Institut Fokus werden es gemeinsam installieren – rund um das Fraunhofer Institut und die Humboldt-Universität.

Bei „5G Playground“ werden verschiedene Anwendungen von 5G-Funk durchgespielt:  Da gibt es die Fabrik mit vernetzen Maschinen, die Innenstadt, ein Areal mit Roboter-Autos oder einen beweglichen 5G-Sender, den man im Gelände aufstellen kann.Untersucht wird nicht nur, wie stabil das Ganze funktioniert. Es geht auch um Datensicherheit und den Schutz der Privatsphäre erläutert Eckhard Grass . Im Oktober startet der Test. Erste 5G-fähige Smartphones sollen in diesem Jahr in Deutschland verkauft werden.

„Aus Sicht der Forschung ist 5G weitgehend entwickelt“, sagt Eckhard Grass. Ab 2020 soll der Funkstandard der  fünften Generation in Deutschland installiert werden, voraussichtlich zuerst in Großstädten. Das soll schrittweise vonstattengehen. „Die nächsten acht bis zehn Jahre wird man sich mit dem Ausbau von 5G beschäftigen“, schätzt der IHP-Wissenschaftler Grass. Seine Kollegen und er sind schon weiter: Die Forschung an 6G hat bereits begonnen.

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