Projekt UTAMO

Mit der fünften Generation des Mobilfunks (5G) soll ein deutlich erweitertes Anforderungsprofil technisch realisiert werden. Dieses Anforderungsprofil beinhaltet anwendungsbezogene Leistungsmerkmale wie Datenraten, spektrale Effizienz, Latenz, Mobilität, Flächenabdeckung und Energieeffizienz. In der aktuellen Standardisierung werden diesbezüglich folgende drei primäre Anwendungsszenarien berücksichtigt:

• Enhanced Mobile Broadband (eMBB): Dies ist das primäre Endnutzer-Szenario und betrifft die Unterstützung von Videostreams mit extremer mobil verfügbarer Bandbreite. Des Weiteren beinhaltet dieses Szenario zunehmend auch den mobilfunkbasierten Festnetzzugang, den sogenannten Fixed Wireless Access (FWA)
• Ultra Reliable Low Latency Communication (uRLLC): Dieses Szenario adressiert das Thema Echtzeitkommunikation in kommerziellen Anwendungsgebieten wie Medizin, Transport und Verkehr.
• Massive Machine Type Communication (mMTC): Das ist das sogenannte IoT-Szenario, welches eine extrem skalierbare Flächenabdeckung mit bis zu 10 Millionen schmalbandigen Sensoren pro km² beinhaltet.

Mit der technischen Realisierung dieser Leistungsanforderungen wird eine noch intensivere Mobilfunknutzung unterstützt. Die holistischen Umweltauswirkungen dieser Entwicklung – positiv wie negativ – sind noch nicht vertieft erforscht. Gerade mobile Video-Dienste (eMBB) und die mobile Festnetzanbindung von Haushalten (FWA) werden möglicherweise aufgrund der noch geringen spektralen Effizienz und millionenfachen Nutzerzahl rasch erhebliche Rebound-Effekte mit stark zunehmendem Energie- und Ressourcenbedarf bewirken. Der Energie- und Ressourcenbedarf beschränkt sich aber nicht nur auf die Endgeräte und Zugangsnetze. Für die Netzbetreiber kommen auch bei den Aggregations- und Kernnetzen höhere Rechenbedarfe für das Steuern (Switche, Router, Gateways, etc.) und Administrieren (Teilnehmerverwaltung, Roaming, Abrechnungen, etc.) der Netze hinzu, Schließlich entwickelt sich auch die Datensicherheit zu einem sehr umweltrelevanten Thema. Die Daten- und Transaktionssicherheit wird durch rechenintensive Verschlüsselung und Blockchain sowie netzwerkintensive Verteilung auf viele Datenströme erzeugt. Die Größenordnung dieser potentiellen Umweltlast wird von der Technologie einerseits und der individuellen Topologie und dem Betrieb der Netze andererseits bestimmt. Des Weiteren ist die Wechselwirkung der Netze mit den Endnutzern und netzbasierten Diensten zu berücksichtigen.

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, primär die Faktenlage zu verbessern und den Auftraggeber zu befähigen, die umweltbezogenen Auswirkungen künftiger Mobilfunknetze bis 2030 inklusive der Endgeräte orientierungssicher zu beurteilen. Die Kernvoraussetzung hierfür ist ein solides technisches Verständnis der Architektur und wesentlichen Elemente sowie Schlüsseltechnologien der künftigen Mobilfunkgene-ration. Des Weiteren muss die zeitliche Implementierung vieler neuer Technologien bei gleichzeitigen Beibehalten bestehender Mobilfunkinfrastrukturen in der Modellierung von Szenarien berücksichtigt werden, um realitätsnahe Aussagen zu treffen.