Nicht nur Menschen werden in Zukunft das Mobilfunknetz verwenden. Immer öfter wird es auch zur automatischen Kommunikation zwischen Maschinen dienen – und das hat weitreichende Konsequenzen. Die Standards für 5G, die nächste Netz-Generation, müssen nun definiert werden. In Österreich bereitet man sich darauf vor: An der TU Wien wird untersucht, wie Technik und Architektur des künftigen Mobilfunknetzes am besten gestaltet und genutzt werden können.

"An der TU Wien läuft eine ganze Reihe von Forschungsprojekten rund um das Thema 5G", sagt Prof. Markus Rupp. Er ist Dekan der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik sowie Leiter der Forschungsgruppe für Mobilkommunikation am Institute of Telecommunications der TU Wien. Zu diesen Projekten zählt auch das Christian-Doppler-Labor "Zuverlässige drahtlose Konnektivität für eine Gesellschaft in Bewegung" an der TU Wien, das von A1, Nokia, Kathrein und der ÖBB mitfinanziert wird.

Neue Herausforderung: Internet der Dinge

Heute ist das Mobilfunknetz darauf ausgerichtet, dass wir miteinander telefonieren oder vielleicht im Internet ein Video streamen. "In Zukunft wird der Großteil der Mobilfunkdaten zwischen automatisch miteinander kommunizierenden Geräten ausgetauscht werden", ist Rupp überzeugt. Man spricht vom Internet der Dinge: Maschinen kommunizieren miteinander, Autos tauschen sicherheitsrelevante Daten aus, Smart Meter senden den Stromverbrauch per Funk weiter, ein persönliches Zählerablesen ist nicht mehr nötig. "Das bedeutet eine gewaltige Anzahl von Mobilkommunikations-Verbindungen, über die aber meist nur sehr kleine Datenmengen ausgetauscht werden", erklärt Rupp.

Dadurch wird sich technisch vieles ändern müssen. Die Frequenzen werden erhöht, in Zukunft wird man für Handys Wellen im Millimeterbereich verwenden, dadurch wird mehr Bandbreite zur Verfügung stehen. Das wirft viele weitere Fragen auf: Wie sollen die Antennen aussehen und wie positioniert man sie optimal? Wie viele Verbindungen können realistischerweise gleichzeitig bestehen, ab wann wird das Netz überlastet? Können wir sicherheitsrelevante Daten, beispielsweise zwischen Autos oder Zügen, mit höchster Verlässlichkeit in kürzester Zeit übertragen?

Rechnen und messen

Um solche Herausforderungen lösen zu können, hat man an der TU Wien Simulationsprogramme entwickelt: "Einerseits haben wir Computersoftware, mit der man auf physikalischer Ebene genau berechnen kann, wie man Mobilfunkdaten mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen überträgt, also ob es zu Störungen, Reflexionen und Interferenzen kommt. Andererseits wurden auch Computermodelle entwickelt, mit denen man ein Telekommunikationsnetz mit vielen Geräten und Sendestationen in abstrakter Form simulieren kann, um abzuschätzen, unter welchen Bedingungen neue Herausforderungen auftreten können", erklärt Philipp Svoboda (TU Wien).

Um die Ergebnisse der Computermodelle zu verifizieren werden an der TU Wien auch umfangreiche Messungen durchgeführt: Mehrere Sendeantennen wurden auf den Gebäuden der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik installiert. Stefan Schwarz wiederum untersucht mit seinem Team, wie Telekommunikation bei hoher Geschwindigkeit funktionieren kann – etwa Handytelefonieren im fahrenden Zug. 

"Es ist diese Kombination von mathematischer Abstraktion, Simulationsmodellen und Experimenten, die unsere Arbeit an der TU Wien auszeichnet", sagt Markus Rupp. Dadurch kann die TU Wien wichtige technische Fragestellungen beantworten und das Mobilfunknetz noch besser auf die Herausforderungen der Zukunft vorbereiten.