5G und Handys, Autos oder die Industrie: In fast jedem Bereich der Technik soll der Mobilfunkstandard der fünften Generation eine dauerhafte Veränderung herbeiführen. Das gilt auch für die noch jungen Technologien Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR). In beiden Segmenten wird 5G heiß erwartet und soll eine neue Zukunft für die ehemaligen Trendthemen einläuten. Denn beide Technologien könnten massiv von 5G profitieren
Schon zur Gamescom 2018 sagte ein Sprecher von HTC Vive uns gegenüber: „Aus unserer Perspektive wird 5G Virtual Reality maßgeblich verändern.“ Und auch im Netz geben sich Experten sowie Unternehmen hoffnungsvoll. Die Narrative ist dabei immer dieselbe: AR und VR – ehemalige Trendthemen, um die es in den vergangenen Jahren ruhiger geworden ist – versprechen sich mit 5G den Durchbruch auf dem Massenmarkt.
So könnte 5G dabei helfen, VR und AR besser zu machen
Doch die Frage bleibt: Wie genau soll der neue Mobilfunkstandard VR und AR nun helfen? Als drei Schlüsselfunktionen von 5G gelten der hohe Datendurchsatz, die niedrige Latenzzeit sowie die bessere Netzverfügbarkeit. VR und AR sollen von allen drei profitieren. Einige Funktionen und Verbesserungen sind jedoch vorteilhafter als andere.
Hoher Datendurchsatz: Download ist nicht alles
Ein Argument, das beim Aufzählen der 5G-Vorteile oft zuerst genannt wird, ist der hohe Datendurchsatz. Damit sind meistens hohe Datenraten im Download gemeint. 10 Gbit/s sollen mit 5G in der Theorie möglich sein. Für VR und AR bedeutet das vor allem Verbesserungen schon bestehender Inhalte: So werden beispielsweise 360-Grad-Videos aktuell noch von der noch zu niedrigen Bandbreite zurückgehalten. Mit 5G wären dann in Zukunft mehr solcher Anwendungen möglich. Eine Präsentation von Chip-Hersteller Qualcomm spricht beispielsweise von Next-gen 360-Grad-Videos mit 8K-Auflösung und einer Bildfrequenz von 90+.
„Gigabytes sind bei 5G aber relativ egal“, sagt jedoch Fabian Nappenbach, Direktor des Produkt-Marketings bei HTC Europe. Für ihn ist das schnelle Herunterladen von Filmen und Spielen nur die Spitze des Eisberges: „Ob man Fornite jetzt in 10 Sekunden oder in einer Sekunde heruntergeladen hat, macht auch keinen großen Unterschied mehr“. Denn auch schon im LTE-Netz wäre es möglich, hohe Download-Raten zu erreichen. Laut Qualcomm sind Werte ab 10 Mbit/s notwendig, um eine immersive Erfahrung in VR und AR zu bieten. Dieses Niveau erreicht in der Theorie auch der aktuelle Mobilfunkstandard.
Upload bleibt ein Fragezeichen
Interessanter im Bereich Datendurchsatz ist die Verbesserung der Rate in die andere Richtung: Denn die AR- und VR-Anwendungen müssen nicht nur große Mengen an Daten herunter-, sondern auch heraufladen. Der Upload bei 5G soll wie der Download auch sehr viel höher sein und somit eine größere Bandbreite an Informationen Richtung Server zulassen. Jedoch halten sich Netzbetreiber aktuell noch mit genauen Daten und Zahlen zum Upload bei 5G zurück. Mit welche Bandbreite Daten zurückgesendet werden, bleibt also erst einmal spekulativ. Denn aktuell kommt beim 5G im Upstream noch LTE zum Einsatz.
Mögliche Anwendungsfälle für einen hohen Datendurchsatz wären beispielsweise die schon erwähnten 360-Grad-Videos. Sie können unter anderem im Bereich Entertainment, aber auch in Unternehmen zum Einsatz kommen. Schon jetzt nutzen viel Firmen VR- und AR-Anwendungen zur Schulung von Mitarbeitern und Unterstützung beim Arbeiten. Bei Events und Veranstaltungen könnten die Technologien ebenfalls zum Einsatz kommen, wenn der Datendurchsatz stimmt. Man denke beispielsweise an Sport-Ereignisse, die live per VR übertragen und mit AR ergänzt werden.
Niedrige Latenzzeit: Schnelligkeit schlägt Hardware
Direkt mit dem Thema Datendurchsatz verbandelt ist die Latenz. So nennt man die Zeit, die zwischen der Eingabe und dem tatsächlichen Ankommen eines Befehls vergeht. Das auch Verzögerung genannte Phänomen spielt bei AR und VR eine wesentlich wichtigere Rolle als die Bandbreite. Denn nicht die Masse an Daten, die sich mit 5G transportieren lassen, ist interessant, sondern die Geschwindigkeit, in der das möglich sein soll.
Zur Orientierung: Laut Qualcomm garantiert erst eine Latenz von unter 15 Millisekunden eine problemlose Benutzung von VR-Anwendungen. Wenn die Latenz höher ist, bemerkt das menschliche Gehirn die Verzögerung. Dies macht sich vor allem in der sogenannten motion sickness, auch VR-Krankheit, bemerkbar: Es handelt sich dabei um eine Form von Übelkeit, die mit dem Eintauchen in eine computergenerierte Umgebung auftritt. Sprich: Wenn die Latenz zu hoch ist, wird vielen Nutzern von VR-Brillen übel, da das Gehirn die Verzögerung nicht richtig verarbeitet.
Das Zauberwort heißt Edge-Computing
Im aktuellen LTE-Netz sind Latenzzeiten zwischen 20 Millisekunden und 80 Millisekunden normal. Bei 5G kann die Verzögerung perspektivisch stabil auf eine Millisekunde reduziert werden, wenn die Voraussetzungen stimmen. Diese kaum mehr vorhandene Verzögerung ist die Schlüsselfunktion für die Zukunft von VR und AR. Einerseits soll sie die Nutzererfahrung verbessern und solche Probleme wie motion sickness bei Virtual-Reality-Headsets lösen. Andererseits ermöglicht es die niedrige Latenz auf lange Sicht, dass die notwendige Rechenleistung im Gerät selbst nicht mehr notwendig ist. Dazu Fabian Nappenbach: „Das Ziel von 5G ist es, dicke fette Hardware verschwinden zu lassen.“ Dies soll mit 5G und sogenanntem Edge-Computing möglich sein.
Hinter Edge-Computing ist ein Fachbegriff für das Auslagern von Rechenleistung auf einen nahe gelegenen Server. Bei aktuellen VR-Anwendungen ist es beispielsweise noch notwendig, die Brille direkt mit einem leistungsstarken Rechner via Kabel oder Wireless-Adapter zu verbinden. Mit 5G und Edge-Computing könnte die notwendige Performance von einem Server stammen, der maximal 200 Kilometer entfernt steht.
Unendliche Möglichkeiten für Kunden und Unternehmen
Dank Edge-Computing lassen sich zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen. Einerseits könnten AR- und VR-Geräte auf Ausgabe-Medien wie ein Display reduziert werden. Die notwendige Rechenleistung kommt dann einfach aus der Cloud. Andererseits sorgen die relativ nahe gelegenen Rechenzentren am Rande des Netzwerkes – daher auch der Name – dafür, dass Latenzzeiten gering bleiben. Denn selbst 5G kann nicht 1.000 Kilometer ohne Verzögerung zurücklegen. Aufgrund der Lichtgeschwindigkeit, mit der Daten in den Glasfaserstrecken übertragen werden, ist müssen diese Server so nah am Empfänger sein. Andernfalls wäre selbst die Lichtgeschwindigkeit zu langsam, um Reaktionszeiten von einer Millisekunde zu realisieren. Ein zentrales Rechenzentrum wäre also keine Alternative.
Die 5G-Utopie beschreibt Fabian Nappenbach wie folgt: „Die Vision sieht wie folgt aus: Leichte, nicht störende Hardware trifft auf volle Rechenleistung für aufwendige AR- und VR-Anwendungen.“ Auf dem MWC 2019 zeigte HTC deshalb auch einen 5G Hub, der es ermöglicht, ein anspruchsvolles Spiel auf das kabellose Focus-Plus-Headset von HTC Vive zu übertragen. Bei der Brille handelt es sich um ein Gerät, dass nur mit dem Qualcomm-Prozessor Snapdragon 855 sowie dem Modem Snapdragon X55 ausgestattet ist. Die notwendige Rechenleistung kam kabellos über den 5G Hub von einem nahestehenden Server mit Grafikkarte.
Aber nicht nur das Spielen verbessert sich durch niedrige Latenz. Ein weiteres Beispiel, das gerne genutzt wird, um die Bedeutung der fast obsoleten Verzögerung zu verdeutlichen, ist die ferngesteuerte Operation. Das Szenario sieht wie folgt aus: Ein Arzt operiert einen Patienten mithilfe eines Roboters aus der Ferne. Durch den Einsatz eines VR-Headsets und -Handschuhe ist der Chirurg in der Lage zu operieren, ohne physisch anwesend zu sein. Dieser Anwendungsfall ist allerdings nur dann möglich, wenn die Aktionen des Arztes in Echtzeit ohne Verzögerungen umgesetzt werden. Auch im Bereich Connected Car und Automotive spielt die Latenz eine wichtige Rolle.
Netzverfügbarkeit: 5G ist überall
Dank neuer Ansätze beim Ausbau und der Antennen-Technologie wird 5G auch eine wesentlich kleinteiligere Verbreitung erfahren als noch LTE. Der Vorteil für AR und VR ist, dass sie nun überall dort zum Einsatz kommen können, wo auch der neue Mobilfunkstandard verfügbar sein wird. Dies dürfte vor allem der eher stationären Virtual Reality zugutekommen. Bisher war sie anhand mehrerer Faktoren wie Internet-Anbindung und Stromzufuhr an vorgegebene Standorte gebunden. Mit 5G und zum Teil auch Edge-Computing ist eine wesentlich freiere Verwendung der Technologie möglich.
So könnten AR- und VR-Anwendungen in Zukunft wesentlich einfacher in Gebäuden, in Städten und je nachdem sogar in der Natur genutzt werden. Voraussetzung ist, dass die notwendigen Network Slices von 5G dort verfügbar sind. Dank Edge-Computing können die Geräte dann im besten Fall auch die volle Rechenleistung zurückgreifen. Für Unternehmen bedeutet das, dass sie beide Technologien wesentlich umfangreiche und variabel einsetzen können. Virtuelle Meetings oder die vernetzte Werkstatt wären damit problemlos möglich.
5G für VR und AR: Das ist der Haken
Nach der Utopie kommt jedoch der nüchterne Realitätscheck: Viele Erwartungen, die Experten und Unternehmen an AR und VR mit dem neuen Mobilfunkstandard stellen, sind erst in der fernen Zukunft realisierbar. Wenn 5G im kommenden Jahr im größeren Stil an den Start geht, wird nur ein Bruchteil der Vision für beide Technologien umgesetzt – wenn überhaupt. Das weiß auch Fabian Nappenbach: Teilaspekte wie das Auslagern von Rechenkapazität ins Netz „wird nicht über Nacht geschehen.“ Auch die bessere Netzverfügbarkeit oder die höhere Bandbreite steht nicht sofort überall zur Verfügung, sondern kommt erst im Laufe der Zeit. Wer erwartet, dass sich mit 5G alles schlagartig verbessert, muss enttäuscht werden.
Wenn es dann aber so weit sein sollte, dass 5G mit allen Funktionen weit verbreitet ist, könnten AR und VR wirklich massiv davon profitieren. Dann steht sogar der einer Art Vereinigung nichts mehr im Wege. Die Unterschiede zwischen beiden Technologien lösen sich auf und eine Art Mixed Reality oder auch „Spatial Computing“ nimmt ihren Platz ein. Der neue Mobilfunkstandard stellt dabei den Katalysator für diese Entwicklung dar. Bis das jedoch eintritt, vergehen aber noch einige Jahre. Die 5G-Revolution bei VR und AR wird noch ein Weilchen dauern.
Weitere Hintergrund-Informationen zu 5G
→ Übersicht: Alles zum neuen Mobilfunkstandard 5G
→ 5G in Deutschland: Zwischen Status Quo und Zukunftsmusik
→ Network-Slicing und mehr: Die Technik hinter dem 5G-Netz
→ Mehr Standorte, aber kein Antennenwald: 5G und die Antennen
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→ Fernsehen auf dem Handy: 5G Broadcast
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Nicht einmal „am Rande“ öffentlich, aber sehr wohl verschwiegen in ganz kleinen Zirkeln wurde der heftigste Interessent für 5G und VR-/AR-Anwendungen genannt: Das Militär.
Überhaupt:
Völlig unerwähnt ist das Militär eine der Hauptantriebskräfte für einen schnellen Ausbau von 5G in „strategisch bedeutsamen“ Ballungsgebieten. Dabei wird insbesondere auch an Technologien für das blitzschnelle Auf-, Ab- und Umschalten von regionalen Frequenzbändern gedacht und gearbeitet. Solches ist zum Beispiel für die absolut präzise Steuerung „unbemannter Kampfeinheiten“ von Bedeutung.
mlskbh
Diese 5G AR sache wäre gut für eine yugioh duel disk damit monster in 3D hologramme erscheinen können