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Autor: Bence Csizmadia (Consultant #FORTSCHRITT)
- 11.12.2020 -

Der neue 5G Mobilfunkstandard bietet enorme Potenziale für den deutschen Wirtschaftsstandort und könnte zu einem maßgeblichen Turbo der digitalen Transformation „Made in Germany“ werden. Die ambitionierten Ziele, nämlich unter anderem eine weitflächige 5G Abdeckung bis Ende 2022 zu realisieren, stehen jedoch einem nach wie vor bestehenden massiven Nachholbedarf in Puncto LTE-Netzabdeckung gegenüber. Das führt zu der Frage, ob die Ziele eines schnellen und umfassenden 5G Rollouts überhaupt realisierbar sind, und wenn ja, welche Herausforderungen Deutschland überhaupt meistern muss, um die mobilfunkgetriebene Digitalisierungslokomotive in Europa zu werden.

Kaum ein Thema ist auf der europäischen und deutschen politischen Agenda kontinuierlich so präsent wie das Thema der digitalen Transformation (ECFR (08.07.2020): EU Coalition Explorer). Sei es in der Digitalisierungsstrategie des Bundes (BMBF: Digitalisierungsstrategie der Bundesregierung) oder unter dem Schlagwort der Industrie 4.0. Zur Sicherstellung der digitalen Wende wird dabei stets auch die unerlässliche Erfordernis einer hochleistungsfähigen Telekommunikationsinfrastruktur hervorgehoben. Insbesondere die erfolgreiche Einführung des neuen Mobilfunkstandards 5G wird von Vertretern aus Wirtschaft und Politik, etwa von Bundesverkehrsminister Andreas Scheuer, als „[…] Schlüssel zur Zukunft […]“ und als enabler der digitalen Transformation bezeichnet (BMVI: Scheuer: Städte und Regionen machen 5G erlebbar). Die hohe Erwartungshaltung gegenüber der neuen Mobilfunktechnologie wird dabei von dem nicht minder hohen Anspruch der Bundesregierung begleitet, welche Deutschland als zukünftigen „[…] Leitmarkt für 5G-Anwendungen […]“ (BMVI 2017, S. 3) postuliert. Doch wie passen solch hohe Erwartungen zur medialen Berichterstattung, welche der deutschen Telekommunikationsinfrastruktur, insbesondere in Puncto LTE-Abdeckung, einen niedrigeren Entwicklungsstand als den von Albanien attestiert (Welt.de (27.12.2018))?

Besteht hier die altbekannte Lücke zwischen illusorischem Anspruch und der tristen Wirklichkeit? Ist 5G nur ein weiteres politisch attraktives Buzzword, oder ist der neue Mobilfunkstandard tatsächlich der Schlüssel, welcher die Bundesrepublik in die Zukunft katapultieren wird?

5G als enabler der digitalen Zukunft – Anwendungsfelder und Mehrwehrte

Betrachtet man die technologischen Eckdaten des 5G Standards, dann wird es schnell offensichtlich, dass 5G alles andere als „nur“ eine inkrementelle Beschleunigung des mobilen Internets ist. Tatsächlich bietet die Technik durch verschiedene Eigenschaften enorme Potenziale. Diese werden sowohl im Privaten als auch in verschiedenen Bereichen des wirtschaftlichen und öffentlichen Lebens einen Quantensprung bei der Digitalisierung des deutschen Wirtschaftsstandort bedingen. Drei übergeordnete Mehrwehrte können dabei für den 5G Einsatz bereits vorab identifiziert werden, wo die Technik ihre Vorteile unter Beweis stellen wird.

  • Enhanced Mobile Broadband (eMBB): Der offensichtlichste Mehrwehrt wird in der massiv erhöhten Bandbreite pro Nutzer sowie der erhöhten Kapazität in einer Funkzelle liegen. Mit einer in Deutschland anvisierten Peak-Downlink-Rate von zunächst 10 GBit/s im Mobilfunknetz bzw. insgesamt sogar 20 GBit/s in allen Anwendungsfeldern, wird der neue Mobilfunkstandard in Puncto Geschwindigkeit über das Hundertfache höher als LTE und sogar über das Tausendfache höher als 3G (HSPA) sein (siehe Tabelle).
  • Massive Machine Type Communication (mMTC): Die Entstehung des Internet-of-Things (IoT), also die Vernetzung von hunderttausenden Endgeräten mit dem Internet allein in einer Funkzelle, hält sowohl in der privaten (z.B. Smart Homes) als auch in der industriellen Endanwendung (Industrie 4.0) zunehmend Einzug. 5G stellt hierfür umfassende Netzkapazitäten bereit, die nicht nur die „volle Vernetzung“ ermöglicht, sondern dies auch in einer Energieeffizienz realisiert wird, welche vollkommen neue Anwendungsmöglichkeiten offenbart.
  • Ultra-Reliable and Low-Latency Communication (URLLC): Neben Geschwindigkeit und Auslastbarkeit ist die Verbindungsqualität ein nicht minder wichtiger Faktor. Mit neuen Latenzzeiten von 1 bis max. 10 MS, welche die derzeitigen Latenzen von 4G um den Faktor 4 reduziert, kann die Übertragung von Datenpaketen quasi in Echtzeit erfolgen. Zum Vergleich, menschliche Reflexe werden in der Regel in 12 MS ausgelöst, wodurch 5G der ideale enabler für Aktivitäten sein wird (z.B. autonomes Fahren), welche in Echtzeit funktionieren müssen (IEF / Roland Berger (2018), S. 21).

 Geschwindigkeit Mobilfunk 4G LTE 5G

Abb. 1: Geschwindigkeiten der Mobilfunkgenerationen im Vergleich. Eigene Darstellung. Quelle: Giga.de (05.09.2020).

Die Vorteile der neuen Mobilfunkgeneration offenbaren bereits jetzt handfeste Mehrwehrte in verschiedenen Anwendungsgebieten, die wesentlich zur digitalen Transformation beitragen werden. Die folgenden exemplarischen Anwendungsfelder sind jedoch nur erste „appetizer“ für die zahlreichen weiteren Einsatzmöglichkeiten, die noch kommen werden.

  • Industrie 4.0: Das Internet-of-Things hat in den vergangenen Jahren insbesondere in der industriellen Produktion massiv Einzug gehalten. Die konsequente Vernetzung von Maschinen, Robotern und Menschen ist bereits heute ein integraler Bestandteil eines modernen industriellen Produktionsprozesses. Durch weitere Effizienzsteigerungen der just-in-time Produktion, etwa in der Logistik durch zeitgenaue Bereitstellung notwendiger Rohstoffe oder Zwischenprodukte, können Skalierungseffekte weiter optimiert werden. Die damit verbundene Ressourceneffizienz führt hierbei nicht nur zu monetären Vorteilen, sondern ist auch ein wesentlicher Schlüssel zur Realisierung von emissionsarmen Produktionsprozessen im Lichte einer green economy. Um die Verwirklichung dieser Industrie 4.0 voranzutreiben, wird in Deutschland, neben Luxemburg und Schweden, Unternehmen beim 5G Rollout die Möglichkeit gegeben, dass diese Frequenzen zur Realisierung lokaler 5G-Netze ersteigern. Dadurch können die Unternehmen bedarfsgerecht High-Speed-Internet, unabhängig von der bereitgestellten Infrastruktur der Netzbetreiber, verwirklichen (BMVI (18.11.2019), S. 42; Ifo Schnelldienst (2019), S. 4). Mit solch lokalen Industrielizenzen kann Deutschland mit seinem im globalen Vergleich enorm performanten Industriesektor das Fundament legen, dass dieser Wirtschaftszweig (22,8% der Gesamtwirtschaftsleistung) auch in der Zukunft ein Eckstein der deutschen Wirtschaftskraft sein wird (Ifo Schnelldienst (2019), S. 4).
  • Intelligente Mobilität: Die Realisierung des vollautonomen Fahrens ist wohl eines der Themenfelder, welches im Hinblick auf das Rollout von 5G am häufigsten genannt wird. Keine Frage, der bereits oft thematisierte massive Zugewinn an Sicherheit im Straßenverkehr ist ein Aspekt, der nicht zu oft betont werden kann. Die damit verbundene verbesserte Steuerung des Verkehrsflusses auf den Straßen, etwa durch wechselseitige Übermittlung der Fahrdaten, ermöglicht jedoch weiterhin, dass potenziell entstehende Staus durch alternative Routenführungen bereits präventiv vermieden werden können. Die Optimierung der Verkehrsauslastung, welche nicht zuletzt ebenfalls zu einer Emissionsreduktion führen wird, endet aber längst nicht hier. Eine vernetzte Parkraumbewirtschaftung durch Online-Parkanzeigesysteme in Autos kann eine optimale Nutzung eines des wohl kostbarsten Gutes in der Stadt führen, nämlich Platz. Auch der ÖPNV wird von 5G profitieren. Eine Echtzeitermittlung der Auslastung von Bus und Bahn beispielsweise kann die bedarfsgerechte Bereitstellung von Transportkapazitäten ermöglichen – mehr Fahrten während unerwarteter Peaks oder die Reduktion der Fahrten bei fehlendem Bedarf.
  • E-Health: Der zunehmende Fachkräftemangel im medizinischen Sektor ist allgegenwärtig. Ob Betreuungs- und Pflegepersonal oder Ärzte, die Personalengpässe werden für das Gesundheitssystem in den kommenden Jahren massiv zunehmen. Umso bedeutender wird es im Hinblick auf diese Herausforderungen sein, dass alternative Behandlungsmöglichkeiten, etwa in Form durch Telemedizin (z.B. Diagnostik und Therapie aus der Ferne) im Gesundheitssektor Einzug hält. Während insbesondere die Telekonsultation bereits jetzt vermehrt Anwendung findet, könnten umfassendere Behandlungen durch Telemonitoring der Vitalzeichen oder gar komplexe Operationen mithilfe der richtigen technischen Infrastruktur in Zukunft realisiert werden. Die hierfür notwendig Technik, also in Form von hohen Bandbreiten und niedrigen Latenzen, steht mit 5G faktisch zur Verfügung und wartet nur darauf, genutzt zu werden – der Quantensprung in der medizinischen Versorgung von Patienten in peripheren Regionen steht also quasi schon vor der Tür.
  • Smart Farming: Obwohl in der Gesellschaft kaum wahrgenommen, erfährt die Landwirtschaft seit geraumer Zeit eine massive Digitalisierung der Arbeitsprozesse. Sei es in der konventionellen Landwirtschaft oder in der Biolandwirtschaft, die kosteneffiziente Herstellung von Lebensmitteln bei gleichzeitiger Erfüllung hoher Qualitätsstandards kann nur durch die Nutzung aktuellster technischer Mittel bewerkstelligt werden. Da ist es nur ein logischer Schritt, dass mit dem Einsatz von 5G der nächste Schritt gewagt wird. Die Messung der Bodenbeschaffenheit (z.B. Temperatur, Feuchtigkeit, etc.) durch energieeffiziente Sensoren, die in Echtzeit Daten übermitteln, oder die Einbindung von Wetterdaten bei der Bewirtschaftung der Acker, zum Beispiel bei der Aussaat oder Düngung, dies sind nur einige von vielen Beispielen, bei denen 5G ein enabler der digitalen Zukunft sein wird (BMVI (18.11.2019), S. 24).
  • Intelligente Versorgungsnetze: Die von der Bundesregierung im Jahr 2011 eingeleitete „Energiewende“ stellt die Versorgungsnetze vor großen Herausforderungen. Mit der zunehmenden Einspeisung von Solar- und Windenergie steigt auch die wetterbedingte Fluktuation in den Energienetzen. Dies führt zu einem wachsenden Bedarf an intelligenten Steuersystemen sowohl auf Seite der Produktion und Distribution wie auch auf Seiten des Konsums. Hier seien zum Beispiel Smart-Grids zu nennen, durch welche eine intelligente Steuerung der Solar- und Windkraftwerke möglich wird, die gleichzeitig in Echtzeit mit Speicherkapazitäten und den Energienetzen synchronisiert sind. Gefährliche Energiespitzen oder ein drohender Blackout aufgrund einer Energieflaute können dadurch noch besser vermieden werden. Auch intelligente Endgeräte, sei es in Privathaushalten oder sogar im Gewerbebereich, können einen Beitrag zur optimalen Nutzung bestehender Ressourcen liefern. Zeitlich planbare Aktivitäten können beispielsweise so terminiert werden, dass sie zu Uhrzeiten erfolgen, wo der allgemeine Energiebedarf niedriger ist – so etwa der typische Waschmaschinengang in der Nacht.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit, die sich nicht explizit einem Anwendungsgebiet zuordnen lässt, ist die Funktion des network slicing von 5G Netzen. So kann ein Teil des Netzes abgetrennt werden, um dieses exklusiv für Behörden als kritische Kommunikationsinfrastruktur zu nutzen. Sei es etwa die Telekommunikation zwischen Polizei und Rettungsdiensten im Krisenfall (z.B. bei einer Naturkatastrophe, einem Terroranschlag, etc.) oder im Falle einer allgemeinen veranstaltungsbedingten Überlastung der Netze (z.B. in Folge von Massenveranstaltungen wie Konzerten, Fußballspiele etc.). 5G ist auch hier ein enabler der sicheren Digitalisierung. Insbesondere in Zeiten, wo die rasche Kommunikation und Koordination von Rettungskräften zunehmen wichtiger wird, bietet 5G einen substanziellen und in manchen Situationen auch lebensrettenden Mehrwehrt.

 eMBB mMTC URLLC 5G IoT enabler smart

Abb. 2: Vorteile und Anwendungsbereiche von 5G. Eigene Darstellung; Angelehnt an BMVI (2017), S. 5; S. 12.

Der deutsche Breitbandausbau – Eine Aufholjagd aus dem EU-Mittelfeld

Die erfolgreiche Einführung von 5G wird von der konsequenten Umsetzung von weiträumigen und auch kostenintensiven Infrastrukturmaßnahmen abhängig sein. In Anbetracht der derzeitigen bundesdeutschen Netzabdeckung sind jedoch die Vorzeichen für einen raschen und umfangreichen 5G Rollout durchaus mit Vorbehalt zu sehen. Schaut man auf die derzeitige LTE-Netzabdeckung, so muss festgestellt werden, dass Deutschland 2019 nach wie vor bei der Versorgung von Haushalten im EU-Vergleich auf den vorletzten Platz steht (siehe Tabelle). Obzwar insgesamt 98,6 % der Haushalte mit LTE versorgt werden und zudem 90% der bundesdeutschen Fläche mit LTE abgedeckt wird (BMVI (18.11.2019), S. 12), stellt dies nur einen akkumulierten Wert dar, der nur dann erreicht wird, wenn man die Netzabdeckung aller deutschen Netzbetreiber zusammenzählt. Nimmt man jedoch die Netzabdeckung durch die Mobilfunknetzbetreiber im Einzelnen, so können die Unternehmen lediglich eine Netzabdeckung zwischen 69% und 90% sicherstellen. Die uneingeschränkte Nutzung von LTE im Alltag kann somit bei weitem nicht als gegeben betrachtet werden (BMVI (18.11.2019), S. 8; S. 15).

 LTE Abdeckung EU Haushalte

Abb. 3: LTE Abdeckung der EU-Haushalte gesamt in %. Eigene Darstellung. Quelle: European Commission (16.10.2020).

Wenn man hierbei noch bedenkt, dass für eine flächendeckende 5G Netzabdeckung eine weitaus höhere Anzahl an Funkmasten als für die bisher genutzte LTE-Technik notwendig ist, dann muss man zwangsweise die eingangs gestellte Frage erneuern, wie der angepriesene rasche und umfangreiche Rollout tatsächlich realisiert werden soll (Ifo Schnelldienst (2019), S.7; (BMVI (18.11.2019), S. 6). Die Bundesregierung ist sich dieser schwierigen Situation ebenfalls bewusst und hat auch bereits erste Maßnahmen beschlossen. So hat sie die Versteigerung der 5G-Frequenzen an sogenannte zeitlich terminierte Versorgungsauflagen geknüpft (siehe Tabelle), zu deren Erfüllung sich die Netzbetreiber verpflichtet haben.

 Roadmap Bedingungen 5G Frequenzen Auflagen

Abb. 4: Roadmap zur Umsetzung der Versorgungsauflagen. Eigene Darstellung. Quelle: BMVI (18.11.2019), S. 11.

Die tatsächliche Erfüllung dieser Auflagen wird jedoch durch die notwendige Nutzung von unterschiedlichen Frequenzbereichen im 5G Netz erschwert – die Funkeigenschaften von 5G sind integral mit der Höhe der Frequenzbereiche verbunden. Während hohe Frequenzbereiche (z. B. im Bereich von 3,5 GHz und höher) enorm hohe Übertragungsgeschwindigkeiten ermöglichen, gleichzeitig aber eingeschränkte Reichweiten haben, ist bei niedrigen Frequenzbereichen (z.B. unterhalb 1 GHz) das Gegenteil der Fall. Insbesondere bei der Netzabdeckung der Verkehrswege, welche ebendiese hohen Frequenzbereiche erfordern, wird dies zu einer enormen Kostenbelastung und damit zu einer Bewährungsprobe für die Netzbetreiber werden (Demary, Vera / Rusche, Christian (16.11.2019), S. 7-9; 15; Ifo Schnelldienst (2019), S.4.).

Komplexe und langwierige Genehmigungsverfahren als Stolperstein des Rollouts

Der ehrgeizige Zeitplan zur Verwirklichung der Versorgungsauflagen könnte jedoch vor allem an einem zentralen Stolperstein scheitern. So ist die Errichtung von Masten und Sendestationen in der Regel durch umfangreiche und langwierige Genehmigungsverfahren gekennzeichnet. Neben der Erfüllung von umfangreichen öffentlich-rechtlichen Kriterienkatalogen liegen die notwendigen Genehmigungsverfahren im Verantwortungsbereich von gleich mehreren Institutionen auf Bund-, Länder- und Kommunalebene. Hinzukommende unterschiedliche Zuständigkeiten, die sich von Bundesland zu Bundesland unterscheiden oder auch obstruktive Bürgerbegehren (u.a. durch Anti-5G-Gruppierungen), führen zu einer zusätzlichen Verlangsamung der Prozesse, wodurch die Erteilung der Baugenehmigungen leicht zwei Jahre oder mehr dauern kann (Demary, Vera / Rusche, Christian (16.11.2019), S. 7; BMVI (18.11.2019), S. 20; Ilgman, Cordelius (2019), S. 119-120).

Lasst den Worten Taten folgen: Die Notwendigkeit von Gesetzesreformen

Die deutsche Wirtschaft und Politik hat sich beim Rollout der 5G Technik äußerst ambitionierte Ziele gesetzt. Eine flächendeckende Versorgung der Haushalte bis zu 100 Mbit/s bis Ende 2022 oder die Abdeckung von allen größeren binnendeutschen Verkehrswegen bis Ende 2024, das sind nur zwei von mehreren Zielen, deren Umsetzung eine enorme Kraftanstrengung sein wird. Wenngleich der Rollout des neuen Mobilfunkstandards bisher im Vergleich zum früheren LTE-Ausbau in gefühlter „Lichtgeschwindigkeit“ erfolgt ist (Wiwo.de (13.10.2020)), wird die fristgerechte Erreichung der Ziele durch die Netzbetreiber ohne tatkräftige Unterstützung der Politik nicht realisiert werden können. Komplexe, fragmentierte und damit auch langwierige Genehmigungsverfahren stehen diesem Erfolg im Weg und bedürfen einer umfassenden Vereinfachung durch den Gesetzgeber. Wenn Deutschland tatsächlich zum „Leitmarkt“ für 5G werden soll, dann ist es an der Zeit, den Worten auch weitere Taten folgen zu lassen.

#FORTSCHRITT-Ausblick

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Autor

Bence Csizmadia

Consultant der Think-Tank-Beratungsgesellschaft #FORTSCHRITT.

Bence Csizmadia 

Bence Csizmadia ist Consultant bei der Think-Tank-Beratungsgesellschaft #FORTSCHRITT. Er ist ein erfahrener Projektmanager und besitzt umfassende Kenntnisse im internationalen Stakeholdermanagement.

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