Mobile World Congress: LTE-Nachfolger 5G in Sicht

Der Mobile World Congress MWC 2014 in Barcelona wird heuer auch den LTE-Nachfolger 5G stärker in den Fokus rücken. Doch während die meisten Mobilfunk-Firmen gerade noch an ihren Vorträgen für den MWC schleifen, haben die Wireless-Forscher von Huawei zwei Wochen vorher schon mal ihre 5G-Vision einem hochkarätigen Publikum aus Politik und Wirtschaft vorgestellt.

Dazu hat der chinesische Vorzeige-Konzern Huawei am 10. Februar 2014 die klügsten Wireless-Köpfe aus Europa, Asien und Nordamerika in das Sofitel Hotel Bayerpost in München eingeladen: So etwa Forscher und Vorstände europäischer Netzbetreiber wie Vodafone, Telekom und Telefonica, namhafte EU-Politiker, führende Wireless-Professoren, innovative Automobil-Hersteller. Ja sogar die schärfsten Huawei-Konkurrenten aus dem Lager der Telekom-Ausrüster, sprich Ericsson, Alcatel und NSN, durften zum 5G@Europe Summit 2014 von Huawei kommen. Das ist bemerkenswert, weil mit den Telcos ja ganz wichtige Huawei-Großkunden im Raum saßen. Das zeugt von einem guten Selbstbewußtsein der Chinesen.

Beim 5G@Europe Summit 2014 von Huawei traf sich ein hochkarätiges Publikum aus Europa, Asien und Nord-Amerika im feinen Sofitel Hotel Bayerpost zu München (Foto: Harald Karcher).

Von der China-Copycat zur 5G-Speerspitze

Mit derart hochkarätigen Gutmensch-Aktionen positioniert sich Huawei endgültig vom vermeintlichen Technologie-Nachahmer zur globalen Speerspitze der Mobilfunk-Forschung und -Entwicklung. Langfristig dürfte sich die entschlossene 5G-Initiative nicht nur unter Image-Aspekten für Huawei rentieren: Je schneller sich Ausrüster, Telcos und Anwender nämlich auf Wege und Standards hin zu 5G einigen, desto früher können sich neue Märkte rund um 5G entwickeln.

Bis die neuen 5G-Standards vollends definiert sind, arbeiten die Konkurrenten vorübergehend und partiell zusammen. Doch spätestens mit der kommerziellen 5G-Einführung sind sie dann wieder scharfe Konkurrenten. So ähnlich war das auch schon bei 2G, 3G, 4G. Neu ist jetzt nur, dass nicht mehr altverdiente GSM-UMTS-Pioniere wie Siemens, Nokia, Ericsson, Alcatel oder NSN ganz vorne weg marschieren, sondern Huawei den 5G-Fortschritt anschiebt und herbei drängt wie kein anderer.

Kommerzieller 5G-Rollout ab 2020

Die 5G-Technik soll laut Huawei etwa ab 2020, also in sechs Jahren, kommerziell auf den Markt kommen. Dann soll 5G die tausendfache Wireless-Kapazität in die Mobilfunknetze bringen. Dadurch wird vor allen Dingen Folgendes ermöglicht: 100 Milliarden Mobilfunkverbindungen für Menschen und Maschinen gleichzeitig Always-On. 10 Gigabit auf jedem Endgerät. Pings alias Reaktionszeiten alias Latenzzeiten unterhalb von einer Milli-Sekunde. Neunzig Prozent weniger Energieverbrauch pro Mobilfunkdienst. 1000-mal weniger Energieverbrauch pro übertragenem Bit in den Endgeräten, auch um deren Akkuverbrauch zu reduzieren. Und aus alledem resultierend: Neue Anwendungen und Geschäftsmodelle rund um das drahtlose, superschnelle 5G-Cloud-Computing.

Laut Huawei soll 5G die tausendfache Wireless-Kapazität in die Mobilfunknetze bringen. Das bedeutet: 10 Gigabit auf jedem Endgerät. 100 Milliarden Mobilfunkverbindungen gleichzeitig. Fünfmal schnellere Reaktionszeiten gegenüber dem heutigen 4G. Neue Anwendungen und Geschäftsmodelle (Quelle: Huawei)

1000-fache Mobilfunk-Kapazität mit 5G

Nun im Detail: Die Kapazität der Mobilfunknetze soll dank 5G um das 1.000-fache anwachsen, meint Dr. Wen Tong, der profilierteste 5G-Vordenker von Huawei, Inhaber von 180 US-Patenten, und Chef von 700 Huawei-Forschern. Um 5G zu realisieren, braucht man unter anderem neue Funkstationen und neue Endgeräte mit viel mehr MIMO-Antennen als heute, eine viel höhere geografische Dichte von Basis-Stationen mit viel kleineren Funkradien, sowie viel breitere Frequenz-Spektren in der Luft, als heute für 2G-3G-4G-LTE verfügbar sind.

5G soll ein enormes Spektrum von 300 MHz bis 300 GHz extrem flexibel nutzen können. Zum Vergleich: 4G-LTE nutzt in Deutschland gerade mal drei fixe Frequenz-Blöcke bei 800 MHz, 1800 MHz (=1,8 GHz) und 2600 MHz (=2,6 GHz). Die restlichen 297 GHz sind für den terrestrischen Mobilfunk noch gar nicht aktiviert.

Ob und ab wann weitere Frequenzen für das drahtlose Internet verfügbar und versteigert werden, ist nicht zuletzt eine Frage der Politik. Daher beschäftigen sich die innovativsten Landes- und Bundes-Regierungen wie auch die Europäische Kommission schon heute mit 5G. Deshalb sind auch mehrere EU-Politiker aus Brüssel zum 5G-Kongress nach München gekommen.

Daneben wird auf der World Radiocommunication Conference 2015 (WRC-15) der ITU vom 2. bis 27. November 2015 in Genf eine größere Einigung über die Verwendung weiterer Frequenzbänder für das mobile Internet erwartet.

5G soll 10 GBit/s auf jedes Endgerät bringen und 100 Milliarden Mobilfunk-Connections gleichzeitig ermöglichen. Dazu müssen die Telcos viel mehr Antennen als bei 4G aufstellen und ein gewaltiges Frequenz-Spektrum von 300 MHz bis zu 300 GHz nutzen dürfen (Quelle: Huawei).

5G-Smartphones mit 10 Gigabit Wireless-Speed

Der Endanwender soll mit 5G ein Speed-Erlebnis bis zu 10 Gigabit pro Sekunde auf sein Endgerät bekommen. Das heißt: Glasfaser-Speed beim Senden und Empfangen, aber per Mobilfunk, auf 5G-Laptops, -Tablets und -Handys.

Mit so einem Speed werden auch Video-Streamings und Tele-Konferenzen in 4K-Ultra-HD-Qualität von Smartphone zu Smartphone möglich. Das krumme, biegsame Smartphone LG G Flex für 800 Euro hat übrigens schon heute eine Video-Kamera mit Ultra-HD-Aufzeichnung von 3.840 x 2.160 Pixel. Will man den 4K-UHD-Stream auch mobil senden und empfangen, so braucht man dazu idealerweise drahtlose 5G-Netze.

Zum Vergleich: UMTS kam anno 2004 mit 0,384 MBit/s auf den deutschen Markt. Die ersten Siemens-UMTS-Video-Handys waren damals, vor zehn Jahren, noch so dick wie eine Faust, hatten winzige und gering auflösende Video-Displays und wurden im Betrieb recht heiß. Doch danach ging es rasant weiter: HSDPA, HSUPA, HSPA, DC-HSPA, und dann 4G-LTE:

LTE-Cat3-800MHz wurde seit Dezember 2010 mit bis zu 50 MBit/s auf dem Lande kommerziell ausgerollt. Dann brachte die Telekom LTE-Cat3-1800MHz bis 100 MBit/s in über 100 deutsche Städte. Seit Herbst 2013 kommt auch LTE-Cat4 mit 150 Megabit pro Sekunde von Telekom und Vodafone in den deutschen Markt. Auf dem Oktoberfestgelände 2013 zum Beispiel konnte der Autor schon 121 MBit/s Netto-Download messen, und zwar mit dem ersten lieferbaren LTE-Cat4-Smartphone überhaupt namens Huawei Ascend P2, in einer LTE-Cat4-2600MHz-Funkzelle von Vodafone. Seit Ende 2013 wird auch LTE-Cat6 mit 225 MBit/s pilotiert: in München von O2, in Dresden von Vodafone. Im November 2013 konnte der Autor netto 207 MBit/s mit einem LTE-Cat6-Prototypen von Huawei in zwei aggregierten Funkzellen von O2 in München messen. Im weiteren Verlauf des Jahres 2014 wird man auch LTE bis 300 Megabit im deutschen Felde sehen, allerdings nur an bestversorgten Standorten.

Vor zehn Jahren lag das Speedlimit, wie gesagt, bei maximal 384 Kilobit. Damals war Siemens im Mobilfunk noch ganz vorne mit dabei. Huawei war fast nur Insidern bekannt. Wer damals schon von Siemens oder später von Nokia Siemens Networks zu Huawei wechselte, galt unter der Hand schon fast als „Verräter“. Heute wär manch einer froh, er hätte beizeiten gewechselt.

Natürlich sollen und müssen die neuen 5G-Techniken auch kreuz- und rückwärts-kompatibel zu den heute verbreiteten Funksorten 3G, 4G und WiFi sein. Die meisten User wollen und können ja nicht ständig neue Endgeräte kaufen.

Zurzeit ist 5G noch im Stadium der Forschung und der frühen Prototypen. Ab 2016 will man die 5G-Standards definieren. Ab 2019 soll es kommerzielle 5G-Systeme und -Geräte für Pilotprojekte und Friendly User Trials bei den Telcos geben. Ab 2020 soll 5G in den Flächen-Rollout gehen (Quelle: Huawei).

5G-Reaktionszeiten unter einer Millisekunde

Die bisherige 5G-Forschung gibt Grund zur Annahme, dass man die Pingzeiten in Mobilfunknetzen auf unter eine Milli-Sekunde herunter bringen kann. Beim Surfen oder Business-Cloud-Computing würde sich das extrem zackig anfühlen und die Akzeptanz der Cloud vermutlich sehr verbessern. Bei der Wireless-Kommunikation zwischen schnell bewegten Fahrzeugen wären rasante Reaktionszeiten sogar noch wichtiger, um etwa Kollisionen zu vermeiden. Die heute in der Praxis üblichen Reaktionszeiten von LTE zwischen 30 und 80 Millisekunden fühlen sich beim Surfen zwar auch schon zackig an, aber für schnelle Fahrzeuge mit automatischen Lenk- und Brems-Auslösungen können die Reaktionszeiten gar nicht kurz genug sein.

5G-Reaktionszeiten unter einer Millisekunde gelten natürlich nur innerhalb des gleichen 5G-Funknetzes. Im mobilen Betrieb muss das Handy, die vernetzte Maschine oder das vernetzte Fahrzeug bis auf weiteres auch noch zwischen (!) verschiedenen Funksorten wie 3G, 4G und WiFi hin- und her schalten. Solche Schaltvorgänge dauern heute manchmal mehrere Sekunden. Auch hier arbeitet Huawei auf ein „Zero-Second-Switching“ hin: Maximal 10 Millisekunden soll die Umschaltung zwischen 4G, 5G und WiFi in absehbarer Zukunft nur noch dauern, damit der User nichts mehr davon merkt. Nicht zu verwechseln mit den Pingzeiten innerhalb (!) der 5G-Netze, die wie gesagt unter eine Milli-(!)-Sekunde kommen sollen.

Der 5G-Nutzen für Smartphone-User

Heute müssen die Mobilfunknetze weltweit etwa fünf Milliarden User Always-On verkraften. Die meisten davon nutzen Handys oder Smartphones. Dazu kommen mobilfunk-bestückte Tablets, Laptops, Router, Surfsticks, Autos und Navisysteme, die aber nicht immer Always-On sind.

In Zukunft sollen die Mobilfunknetze auch noch mehrere Milliarden Apps und mehrere hundert Milliarden Maschinen versorgen. Just deshalb geht Huawei davon aus, dass dann die Menschheit eine 1000-fache Mobilfunk-Kapazität benötigen wird, die nur noch mit 5G-Netzen abgefedert werden kann.

Das mobile Internet erlaubt im Prinzip Person-to-Person-, Person-to-Machine- und Machine-to-Machine-Kommunikation. In der ersten Stufe diente der digitale GSM-Mobilfunk seit 1992 überwiegend der Vernetzung von Mensch-zu-Mensch. Anfangs auch nur via Sprache, aber seit dem Aufkommen von Facebook und Konsorten auch immer stärker via Fotos und Videos, was den Mobilfunknetzen viel mehr Durchsatz abfordert.

Das Wachstum in der Handy-Sprachkommunikation scheint derweil zu stagnieren, aber der mobile Daten-Foto-Video-Hunger der Handy-Tablet-Laptop-Nutzer wird auch künftig weiter wachsen. Daher müssen die Netzbetreiber ihre Kapazitäten weiterhin drastisch hochfahren, um erstens aktuelle Engpässe zu beseitigen und zweitens das weitere Wachstum überhaupt noch bedienen zu können.

5G und IPv6 für das Internet-of-Things

Daneben dürften sich ganz neue Anwendungen bei der mobilen Vernetzung von Autos, Dingen, Sachen, Sensoren und Maschinen entwickeln. Die Branche spricht von Machine-to-Machine-Kommunikation alias M2M, vom Internet-of-Things alias IoT oder, wie Cisco, vom Internet-of-Everything alias IoE.

Huawei geht davon aus, dass bereits vor dem Rollout der 5G-Technik bis 2020 circa 50 bis 100 Milliarden Geräte vernetzt sein könnten. Damit steigt der Druck auf die 2G-3G-4G-Netze. 5G wird ab 2020 vielleicht gerade noch rechtzeitig kommen, um die älteren Netze zu entlasten.

Bei diesen neuen IoT-Milliarden-Märkten bekommen nicht nur Telcos und deren Ausrüster, sondern auch klassische Netzwerker wie Cisco leuchtende Augen. Dank IPv6 könnten nämlich hunderte Milliarden von Handys, Dingen und Maschinen eigene, sprich unverwechselbare Internet-Adressen bekommen. Mit IPv4 dagegen herrscht schon heute IP-Adressenknappheit, die man mit Tricks und Kompromissen wie NAT alias Network Address Translation umsegeln muss. IPv4 ist auf circa vier Milliarden Adressen limitiert.

Auch künftige Kunden und Nutzer der 5G-Netzwerk-Technik, wie Telekom, Vodafone, Telefonica oder BMW, haben ihre Vorstellungen und Wünsche in den 5G@Europe Summit 2014 von Huawei mit eigenen Vorträgen und Diskussionen eingebracht (Foto: Harald Karcher).

Marktpotenzial für Machine-to-Machine-Connections

Professor Dr. Hans D. Schotten zeigte das gigantische Potential der Vernetzung von Sachen, Fahrzeugen und Maschinen per Mobilfunk auf: 8.000 Frachtschiffe, 25 Millionen Container, 255 Millionen Autos, 345 Millionen Energie-Sensoren, 3,7 Millionen Verkaufsautomaten und last but not least 110 Millionen Haustiere, die man ja ebenfalls mit winzigen Smartphones und GPS allzeit überwachen und betreuen könnte. Das heißt: Bald dürfte auch der Hund zu Weihnachten jedes Jahr ein neues Handy bekommen.

Die mobile Vernetzung von Maschinen und Fahrzeugen, das IoT alias Internet of Things, verspricht neue Milliarden-Märkte (Quelle: Professor Dr. Hans D. Schotten)

5G-Vernetzung von selbstfahrenden Autos

Dr. Sebastian Zimmermann, Head of Automotive Connectivity and Security Solutions bei BMW, machte auf dem 5G@Europe Summit klar, dass auch Autos in Zukunft so stark vernetzt sein werden, dass man die Kapazität der 5G-Netze gut gebrauchen kann. Wenn sich Anwendungen wie das weitgehend automatisierte Fahren, Augmented Reality im Head-Up-Display auf der Windschutzscheibe, die automatische Erkennung von Fußgängern und Radlern im Interesse der Kollisions-Vermeidung sowie Location-based Services im Auto auf breiter Front durchsetzen sollen, wird man dazu auch enorme Wireless-Internet-Kapazitäten benötigen, die heutige Mobilfunknetze alleine gar nicht voll bedienen können.

Stark vernetzte und selbst-fahrende Autos werden enorme-Internet-Kapazitäten benötigen, die man nur mit 5G-Mobilfunknetzen in der Breite wird befrieden können (Quelle: Dr. Sebastian Zimmermann, BMW)

Dr. David Soldani, Vice President Huawei European Research Centre und Head of Central Research Institute (CRI) im European Research Centre bei Huawei in München, erklärte am 5G HyperService Würfel, wie und warum 5G-Netze ganz neue Anwendungen möglich machen (siehe Grafik). Zum Beispiel wird man den hohen Speed, die hohe Verfügbarkeit, die enorme Kapazität und die rasanten Pingzeiten von 5G in unterschiedlichem Maße für Smart Cities, für intelligente und selbstfahrende Autos, für Hochgeschwindigkeitszüge, Augmented Reality, Interaktives HDTV, Real 3D, Telemedizin und Rettungsdienste, oder auch für Telepresence-Videokonferenzen in Ultra-HD-Auflösung benötigen.

Der 5G HyperService Würfel zeigt, welche neuen Mobilfunk-Anwendungen welchen Durchsatz (Throughput) pro Quadrat-Kilometer, welche Pingzeiten (Delay) in Millisekunden und wie viele Verbindungen (Links) pro Quadrat-Kilometer benötigen. Der kleine Würfel innen zeigt die Leistungsgrenzen der heutigen 2G-3G-4G-Netze. Der große Würfel außen symbolisiert die Power von 5G (Quelle: Huawei).

Wer ist Huawei?

Die ITK-Welt ändert sich rasant: Amerikanische IT- und Netzwerk-Giganten wie HP, IBM, Dell und Cisco kennt fast jeder. Europäische Mobilfunkausrüster wie Siemens, Nokia, Alcatel, Ericsson und NSN (vormals Nokia Siemens Networks) vermutlich ebenso. Chinesische Netzwerk-Konzerne dagegen, vor allem Huawei, aber auch ZTE, sind in aller Stille als B2B-Lieferanten groß geworden. HP machte zuletzt einen Jahres-Umsatz von circa 120, IBM 104, Dell 60, Cisco 46, Huawei 40, NSN 14 und Alcatel-Lucent ebenfalls 14 Mrd. US-Dollar.

Siemens wurde 1847 gegründet, Ericsson 1876, Alcatel 1898, IBM 1911, HP 1939, Dell und Cisco 1984, ZTE 1985 und Huawei 1988. Der jüngste Netzwerker wächst also mit am schnellsten.

Zurzeit unterstützt Huawei laut eigener Auskunft mehr als 500 Mobilfunk-Netzbetreiber und mehr als zwei Milliarden Mobilfunk-Nutzer mit seiner 3G- und 4G-Technik. Auch in Deutschland ist Huawei seit Jahren still und effizient im Vormarsch: Vodafone zum Beispiel investiert gerade zwei Milliarden Euro jährlich für die Netzmodernisierung. Dabei wird tonnenweise alte Siemens-Mobilfunk-Technik aus dem Netz genommen und durch vielfach kleinere Huawei-Aggregate ersetzt.

Wie kommt Huawei an das 5G-Know-How?

Offenbar ist Huawei in China schon seit geraumer Zeit ein Vorzeige-Konzern mit hoher Attraktivität für Nachwuchs-Kräfte, so ähnlich wie Google und Microsoft im Westen. Im Gegensatz zu ZTE, ebenfalls ein global aktiver Mobilfunk-Konzern aus China, ebenfalls mit Hauptsitz in Shenzhen Südchina, setzt Huawei wohl stärker auf westliche Prinzipien, etwa auf eine starke Beteiligung der Mitarbeiter am Firmenvermögen, was im Zweifel Leistungswille und Kundenorientierung fördert.

Auch außerhalb von China wird Huawei als Arbeitgeber immer attraktiver. Unser Haupt-Gesprächspartner Dr. Wen Tong war früher Global Head of Network Technology Labs bei Nortel in Kanada, und schon dort einer der innovativsten Treiber für LTE. Heute ist er ein Huawei Fellow, Head of Wireless Research und Head of Communications Technologies Laboratories at Huawei 2012 LAB, auf gut Deutsch die Speerspitze der 5G-Forschung und Entwicklung von Huawei. Er hat 180 US-Patente und beschäftigt über 700 Forscher in seiner Abteilung.

Wen Tong (rechts) ist die Speerspitze der 5G-Forschung und Entwicklung von Huawei. Er hat 180 US-Patente und über 700 Forscher in seiner Abteilung. Hier im Gespräch mit dem Autor dieser Story, Harald Karcher (Foto: Lisa Model).

Multi-Kulti-Konzern mit chinesischem Führungsstil

Moderator und Event-Owner des 5G@Europe Summit 2014 war Dr. Jesse Jijun Luo, Director Solution Marketing West Europe mit Sitz im Europäischen Huawei Forschungszentrum München unweit des O2-Glas-Towers und der BMW-Zentrale. Dr. Luo hat beim Ex-Siemens-Mann Prof. Dr. Jörg Eberspächer an der Technischen Universität München studiert, der ebenfalls Gast auf dem Huawei-5G-Summit war.

Journalisten aus Europa wurden betreut von der Asiatin Tina Tsai, Manager Public Affairs & Communications, sowie dem Italiener Antonio Salvatore Graziano, Vice President Public Affairs & Communications, beide bei Huawei in Brüssel.

Will sagen: Man konnte auf dem 5G@Europe Summit 2014 schon mit bloßem Auge sehen, dass Huawei derweil ein Multi-Kulti-Konzern ist. Aus etlichen Pausen-Gesprächen mit westlichen Huawei-Managern war aber gut heraus zu hören, dass im Konzern zwar viel Englisch gesprochen wird, aber dennoch ein chinesischer Denk- und Führungs-Stil vorherrscht, an den sich westliche Mentalitäten erst mal gewöhnen müssen. Vorlaute Aufmüpfigkeit ist nicht hoch angesehen. Dafür war allseits aufmerksamste Höflichkeit wie in einem Five-Star-Plus-Hotel zu spüren. Die 5G-Konferenz von Huawei war zweifelsohne für Teilnehmer als auch für Journalisten gleichermaßen exzellent organisiert.