72 2 · 2021 TR ANSFORMING CITIES THEMA Umbau zur Stadt der Zukunft 5G als (eine) Grundlage der Smart City Global stehen Städte heute im Zentrum vieler der drängendsten Probleme unserer Zeit. Das Konzept der Smart City stellt bei der Adressierung etlicher der aktuellen Herausforderungen einen unerlässlichen Lösungsansatz dar. Dabei soll die Smart City digitale Technologien auf kommunale Anwendungsfelder übertragen, um somit Städte nachhaltiger, effizienter und inklusiver gestalten zu können [1]. Die Grundlage einer jeden intelligenten Stadt ist die zuverlässige, schnelle und leistungsstarke Konnektivität der verschiedenen Akteure und Objekte Stadtverträgliche 5G-Infrastruktur der Smart City Der neue Mobilfunkstandard als Chance für die Stadtgestaltung 5G-Infrastruktur, Stadtraum, Stadtmobiliar, Stadtgestaltung, Smart City Jannik Wendorff, Claudia Kruschwitz 5G wird unsere Städte verändern. Aber nicht nur die Anwendungen, die mit 5G ermöglicht werden, sondern auch der erhöhte und veränderte Bedarf an Sendeinfrastrukturen für den neuen Mobilfunkstandard wird unsere Städte nachhaltig prägen. Die stadtverträgliche Integration neuer Mobilfunkanlagen, insbesondere für Small Cells, stellt eine seltene Chance dar, den Stadtraum gestalterisch wie auch funktional aufzuwerten. Dabei ermöglicht ein abgestimmtes 5G-Integrationskonzept, die Standortindividualität auszubauen und zu kommunizieren sowie die Belebung von Nachbarschaften und Quartieren anzuregen Bild 1: Identitätsstiftende 5G-Antennen vor dem Dortmunder Klinikum. © Till Merbecks 73 2 · 2021 TR ANSFORMING CITIES THEMA Umbau zur Stadt der Zukunft untereinander [2]. Um diese Grundlage flächendeckend zur Verfügung zu stellen, wird zukünftig 5G als neuer, fünfter Mobilfunkstandard eine essentielle Rolle einnehmen. 5G besitzt dabei nicht nur das Potenzial, Daten deutlich schneller als bisher per Funkverbindung zu übertragen, sondern lässt sich je nach Ausgestaltung auch durch eine signifikant erhöhte Kapazität, eine minimale Verzögerung, einen geringeren Energieverbrauch pro übertragener Information sowie eine hohe Zuverlässigkeit charakterisieren [3]. Für Smart City-Anwendungen wie die autonome Mobilität sind vor allem die hohe Zuverlässigkeit und die geringen Latenzen des 5G-Netzes notwendig, weshalb andere, bereits bestehende oder sich aktuell etablierende schmalbandige Netzwerke (etwa LoRaWANs), zukünftig nicht ausreichen werden [4]. Bisher erhielt der Mobilfunk aus städtebaulicher Sicht wenig Beachtung, warum sollte sich das mit 5G ändern? Um die Vorteile, wie höhere Datenraten, zu realisieren, nutzt die 5G-Technologie unter anderem höhere Übertragungsfrequenzen. Diese höheren Frequenzen bedingen aufgrund der physikalischen Gegebenheiten geringere Signalreichweiten und damit den Bedarf einer erhöhten Anzahl an Sendestationen [5]. Neben den bisherigen sowie den neu zu errichtenden Dachstandorten für Mobilfunksendeanlagen (Macro Cells) werden für 5G vermehrt sogenannte Small Cells eine wichtigere Rolle einnehmen. Small Cells dienen in stark frequentierten Räumen der Kapazitätssteigerung, ihre Infrastruktur muss dabei in direkter räumlicher Nähe zu Nutzerin und Nutzer installiert werden [6]. Auf Grundlage der technischen Rahmenbedingungen von 5G ist daher davon auszugehen, dass sich die Anzahl und damit auch die Raumwirksamkeit der 5G-Anlagen signifikant erhöhen wird. Besonders die Small Cell-Standorte sind aufgrund ihrer bodennahen Position aus städtebaulicher Perspektive interessant und relevant. Die EU-Kommission geht je nach Szenario von bis zu 1 000 Small Cells pro km² aus [7]. Aktuell sind nur etwa 20 % der Small Cell-Anlagen im öffentlichen Außenbereich errichtet worden, doch stellt bereits dieser prozentuale Anteil bei einer angenommenen stark steigenden Anzahl an benötigten Small Cells einen signifikanten Eingriff in den Stadtraum dar [8]. Erste vereinzelte Ansätze zur stadtverträglichen Integration der Small Cells gibt es bereits (vgl. [6]); ein quartiers- oder sogar stadtweiter Ansatz zur mehrwertstiftenden und stadtraumbelebenden 5G-Integration konnte bisher nicht ausgemacht werden. Reallaborstudie „5G Infrastruktur für die Smart City“ An der zukünftig stark erhöhten Raumwirksamkeit von 5G-Sendeanlagen setzt die Reallaborstudie an, die im Rahmen des durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Projekts „5GAIN - 5G Infrastrukturen für Zellulare Energiesysteme unter Nutzung künstlicher Intelligenz“ im sich im Aufbau befindenden Dortmunder 5G-Reallabor durchgeführt wurde. Weitere Beteiligte neben Autor und Autorin waren Niklas Buchholz sowie 14- Masterstudierende der Masterstudiengänge Architektur und Stadtplanung der RWTH Aachen. Die Studie ging dabei drei zentralen Fragen nach: Wie können die neuen 5G-Infrastrukturen stadtverträglich in Quartiere integriert werden? Inwiefern können sie zusätzliche Mehrwerte für die lokale Bevölkerung bieten? Ist eine vollständige 5G-Abdeckung mit stadtverträglicher und gleichzeitig wahrnehmbarer Sendeinfrastruktur möglich? Das Reallabor eignet sich aufgrund seiner heterogenen Stadtstruktur und den vielfältigen Nutzungen sehr gut für eine spätere Übertragung der Ergebnisse. Es erstreckt sich dabei in sieben Teilgebieten vom südwestlichen Bereich der Dortmunder Innenstadt über das Klinik- und Kreuzviertel bis zu den Westfalenhallen im Süden (Bilder 1 und 2). Bild 2: Übersicht 5GAIN- Reallabor in Dortmund. © Institut für Städtebau 74 2 · 2021 TR ANSFORMING CITIES THEMA Umbau zur Stadt der Zukunft Identifikation einer gestalterischen Haltung Grundlage verschiedener Implementierungsszenarien und neuer Mehrwerte für Quartiere ist die gestalterische Haltung zur (Un-)Sichtbarkeit der neuen 5G-Infrastrukturen. Prinzipiell eignen sich insbesondere die Small Cell-Anlagen aufgrund ihrer relativ geringen Größe dazu, ihre notwendige Technik im Stadtraum möglichst unauffällig zu gestalten oder gar komplett zu verstecken. Ansätze einer unsichtbaren Verortung der Sendeinfrastrukturen im Stadtraum bestehen etwa darin, diese in bestehendes Stadtmobiliar zu implementieren (Litfaßsäulen, Normaluhren), Netztechnik und Antenne voneinander zu trennen und separat als sogenannte Nebensteller zu integrieren (Antenne in Laterne, Technik im Blumenkübel) oder bestehende städtische Infrastrukturen durch Neue mit entsprechend eingebauter Sendetechnologie zu ersetzen (zum Beispiel: smarte Beleuchtungsanlagen) (vgl. [6]). Während der Ansatz unsichtbarer 5G-Sendeanlagen maßgeblich von Akteur*innen der technischen Disziplinen oder Lösungsanbieter*innen neuer Netzwerktechnologien vorgeschlagen wird, wurde bereits in der Vergangenheit aus technosoziologischer Perspektive für die Sichtbarkeit von Kommunikationsinfrastrukturen plädiert. Versteckte Infrastrukturen versuchen die Diskussion um die Effekte, Verortung und das Design ebenjener zu vermeiden. Bürger*innen bleiben so im Unklaren über die Kommunikationsinfrastrukturen, die sie täglich benutzen [9]. Besonders im Zusammenhang mit der bereits partiell verbreiteten Angst gesundheitlicher Folgen von 5G ist davon auszugehen, dass eine versteckte Infrastruktur möglichen Verschwörungstheorien weiteren Aufwind geben dürfte. So hat etwa die Installation von Small Cell-Anlagen in Busunterständen in Amsterdam zu erheblichen Protesten geführt. Ein vielversprechender Ansatz dürfte daher sein, wenigstens zu einem gewissen Anteil sichtbare Small Cells in den Stadtraum zu integrieren, wodurch die wahrnehmbaren Sendeinfrastrukturen die Aufmerksamkeit auf sich ziehen, den Diskurs anregen und Skepsis abbauen können [10]. Raumrelevanz von Small Cells Im Rahmen der Reallaborstudie wurden verschiedene Integrationsansätze für Small Cells entwickelt. In den meisten Fällen fand eine Umgestaltung bestehender Trägerinfrastrukturen und eine Integration von 5G-Sendetechnologien statt. Tabelle 1 sind die im Reallabor identifizierten Trägerinfrastrukturen sowie deren Häufigkeit zu entnehmen. Eine besondere städtebauliche Relevanz wurde für bereits existierendes Stadtmobiliar, Versorgungsschränke und ÖPNV- Stationen ausgemacht. Die im Rahmen der Studie entwickelten Small Cells-Integrationsansätze lassen sich in drei Gruppen differenzieren, deren Übergänge fließend sind: Small Cell Trägerinfrastruktur Häufigkeit & Regelmäßigkeit Beleuchtungsanlagen (hoch) ++ Beleuchtungsanlagen (niedrig) +++ Fahrleitungsmasten (Straßen- & S-Bahn) + Ampelanlagen ++ (Groß-)Verkehrszeichenträger + ÖPNV-Stationen U- & S- Bahn + ÖPNV-Stationen Bus ++ Dächer, Dachkanten ++ Gebäudefassaden ++ Litfaßsäulen + Solitär (Freie Gestaltung) ++ Vegetation +++ IKT-Anlagen + Paketstationen + Versorgungsinfrastruktur ++ Tabelle 1: Potenzielle Trägerinfrastrukturen für 5G-Small Cells im Dortmunder Reallabor. © Institut für Städtebau Bild 3: Identitätsstiftende Small Cell „U-Entwurf “. © Till Merbecks 75 2 · 2021 TR ANSFORMING CITIES THEMA Umbau zur Stadt der Zukunft Stadtbildwirksame und identitätsstiftende Small Cells | Stadtraumbelebende Small Cells | Gestaltverbessernde Small Cells Die Gruppe der stadtbildwirksamen und identitätsstiftenden Small Cells verteilt sich über das gesamte Reallabor. Infrastrukturen dieser Gruppe werten den Stadtraum insgesamt auf, indem sie neben der 5G-Abdeckung das Stadtbild verbessern und/ oder die Identifizierung lokaler Bevölkerungsgruppen und Besucher*innen mit dem Quartier steigern. Ein Beispiel ist die Umgestaltung der U-Bahnstation am Klinikum im Reallabor. Die neugestaltete Station wurde mit einem beleuchteten „U“-Symbol inklusive integrierter Small Cell-Sendestation ausgestattet, welches in seiner Erscheinung an das bekannte „Dortmunder U“ erinnert (Bilder 1 und 3). Der „U-Entwurf“ wurde auf alle Haltestellen im Reallabor übertragen und könnte so stadtweit zu einem einzigartigen Identifikationsmerkmal für Dortmund werden. Die technische Infrastruktur der Small Cell wurde zudem für weitere Funktionen wie eine Ladestation für Smartphones, eine E-Bike-Sharing-Station sowie einen Abholautomaten für Medikamente genutzt. Hierdurch konnte eine gestalterische Aufwertung und Vereinheitlichung bestehender Infrastrukturen sowie eine Ergänzung um neue Angebote im Sinne einer „Funktionsfamilie“ an diesem stark frequentierten öffentlichen Platz erreicht werden, was zu einer Steigerung der Aufenthaltsqualität und damit sicherlich zu einer Belebung führen würde. Das Beispiel zählt damit gleichzeitig zu den großmaßstäblichen Ansätzen der Gruppe der stadtraumbelebenden Small Cells, die vor allem größere öffentliche Räume wie Plätze und Fußgängerzonen beleben. Ein zweites Beispiel ergänzt den innerstädtischen Friedensplatz am Rathaus und die angrenzende Einkaufsstraße um neue, attraktive Aufenthaltsorte und Servicestellen. Insbesondere an diesem zentral gelegenen Ort der Stadt soll über die mehrwertstiftenden zusätzlichen Nutzungen und die Sichtbarkeit der 5G-Infrastrukturen eine positive Resonanz bei der Bevölkerung erzielt werden. Ausgangspunkt des Ansatzes ist die Aufrüstung bestehender, gestalterisch prägnanter Straßenlaternen mit 5G-Sendetechnik sowie eine Integration von Fahrrad-Reparatur-/ Ladestationen und städtischen Infopoints mit Bildschirmen. Zwischen den 5G- Laternen werden sinuskurvenförmige Sitz-/ Liege-/ Klettergelegenheiten installiert, die zum Verweilen einladen. Die integrierte 5G-Technik gestaltet sich dabei minimalintensiv, während die räumlich prägnanten Sitzmöglichkeiten und Services den Stadtraum spürbar beleben. Die Konstruktion der Sitzbank dient zudem als Medienkanal zwischen den Laternen, sodass nur wenige technische Anschlüsse geschaffen und bauliche Anpassungen vorgenommen werden müssen (Bild 4). Neben den großmaßstäblichen Ansätzen dieser Gruppe der stadtraumbelebenden Small Cells finden sich auch kleinmaßstäblichere Transformationen. Beispielsweise von Kabelverteilerschränken zu multifunktionalen Objekten mit Bücherschränken Bild 4: Stadtraumbelebende Small Cells. © Chang-Ting Lin, Conrad Moschner, Ted Fishka Bild 5: Kleinmaßstäbliche stadtraumbelebende Small Cells. © Chang-Ting Lin, Conrad Moschner, Ted Fishka (m) Jannik Ehlers (l,r) 76 2 · 2021 TR ANSFORMING CITIES THEMA Umbau zur Stadt der Zukunft und Paketstationen, die in Wohngebieten mit begrenztem öffentlichem Raum für neue Treffpunkte sorgen. Auch digitale Spieltische sowie die Möglichkeit, über Augmented Reality, digitale Ausstellungen (in blau dargestellt) in den Stadtraum zu integrieren, besitzen das Potenzial zur Stadtraumbelebung (Bild-5). Die dritte Gruppe umfasst schließlich gestaltverbessernde Small Cells, die Stadtmobiliar insbesondere in Wohngebieten gestalterisch aufwerten. Sie können eine gewisse identitätsstiftende Wirkung im Zusammenspiel mit gestalterisch verwandten Small Cells haben, sind jedoch weder besonders stadtbildwirksam noch besonders stadtraumbelebend. Zu ihnen zählen Laternen, Litfaßsäulen und Fahrradhäuser. Im Beispiel (Bild 6) wurde die Umgestaltung bestehender Trägerinfrastrukturen zu Small Cells mit quartiers-einheitlichen Licht- und Textelementen verbunden. Abdeckung und Vielfalt der Elemente Die mannigfaltigen Ansätze zur stadtverträglichen Integration von Small Cell-Anlagen haben gezeigt, dass eine wahrnehmbare und stadtraumaufwertende 5G-Mobilfunkinfrastruktur in allen Teilbereichen des heterogenen Reallabors installierbar ist. Übertragen auf die gesamte Fläche des Reallabors wurde weiterhin festgestellt, dass eine nahezu lückenlose idealisierte 5G-Abdeckung mühelos mit wahrnehmbaren Small Cells gewährleistet werden kann (Getroffene Annahme: Senderadius 100- m). Bild 7 zeigt dabei eine Auswahl vielfältiger, in der Anordnung räumlich möglichst optimierter Small Cell-Anlagen im Dortmunder Reallabor. Betrachtet man die alleinige Nutzung von Laternen (mit Dauerstromversorgung) als häufigste verfügbare technische Infrastruktur im Reallabor, ermöglicht diese bereits eine idealisierte 5G-Abdeckung von rund 80 %. Lediglich Randbereiche wären so nicht versorgt. Laternen sind jedoch nur bedingt geeignet, um den Stadtraum durch eine neue Gestaltung und angegliederte Funktionen zu beleben. Aus diesem Grund wurden sie für das Reallabor in weiten Teilen nur als ergänzende Small Cells-Standorte vorgesehen. Bereiche des Reallabors ohne eingezeichnete Signalabdeckung sind in der Regel abseits des Straßenraums verortet und ließen sich, sofern dies nötig sein sollte, mit vollintegrierten Sendeanlagen abdecken. Fazit Die vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass ein abgestimmtes 5G-Integrationskonzept von Small Cell- Standorten neben der neuen Funktionalität auch ein hohes Potenzial zur Aufwertung und Belebung Bild 7: Idealisierte 5G-Small Cell Abdeckung im Reallabor. © Institut für Städtebau Bild 6: Gestaltverbessernde Small Cells. © Elena Pluschnikov 77 2 · 2021 TR ANSFORMING CITIES THEMA Umbau zur Stadt der Zukunft des Stadtraums besitzt. Gleichzeitig bietet der städtebauliche 5G-Integrationsprozess für Städte die Chance, die eigene Stadtidentität zu stärken und wahrnehmbar zu präsentieren. Aufgrund der aufgezeigten stark unterschiedlichen Stadträume des Reallabors kann angenommen werden, dass eine Übertragung und Anpassung der präsentierten Ansätze auf andere Stadtgebiete unter Berücksichtigung der lokalen Gegebenheiten gelingen kann. Städte sollten sich frühzeitig nicht nur mit den neuen Mehrwerten befassen, die durch 5G realisierbar werden, sondern auch mit den stadtbildrelevanten Auswirkungen des Ausbaus und diesen dazu nutzen, den eigenen Stadtraum lebenswerter zu gestalten. Beteiligte Studierende: Thomas Berger, Jannik Ehlers, David Engelbrecht, Ted Fishka, Michael Funken, Honglin Gao, Valentin Kubatta, Chang-Ting Lin, Johannes Märtl, Till Merbecks, Conrad Moschner, Elena Pluschnikov, Xiaolong Xue, Hui-Qin Yang. LITERATUR [1] Lauzi, M.: Smart City. Technische Fundamente und erfolgreiche Anwendungen. München, Hanser, (2019) S.-9. [2] Etezadzadeh, C.: Smart City - Stadt der Zukunft? Die Smart City 2.0 als lebenswerte Stadt und Zukunftsmarkt. Wiesbaden: Springer Vieweg, (2015) S. 39. [3] Saghezchi, F., Rodriguez, J., Mumtaz, S., Radwan, A., Lee, W., Ai, B. et al.: Drivers for 5G. The „Pervasive Connected World“. In: Rodriguez, J. (Hrsg.): Fundamentals of 5G mobile networks. West Sussex: Wiley, (2015) S.-9 - 10, 24 - 25. [4] Lauzi, M.: Smart City. Technische Fundamente und erfolgreiche Anwendungen. München, Hanser, (2019) S.-76. [5] Cox, C.: An introduction to 5G. The new radio, 5G network and beyond. Hoboken, NJ, Wiley, (2021) S. 3 - 4. [6] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (Hrsg.): Mitnutzungspotenziale kommunaler Trägerinfrastrukturen für den Ausbau der nächsten Mobilfunkgeneration 5G. Eine Handreichung der AG Digitale Netze des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur. Berlin, (2019) S. 10 - 11, 17. [7] Forge, S., Horvitz, R., Blackman, C., Bohlin, E.: Light Deployment Regime for Small-Area Wireless Access Points (SAWAPs). Final report. Luxembourg: Publications Office of the European Union, (2019) S. 27. [8] Small Cell Forum (Hrsg.): SCF market status report July 2020. Small cells and digital transformation (050.10.4). (2020) S. 6. [9] Parks, L.: Around the antenna tree. the politics of infrastructural visibility. In: Association for Computing Machinery (Hg.): SIGGRAPH ‚07. ACM SIGGRAPH 2007 art gallery. SIGGRAPH07: Special Interest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques Conference. San Diego, (2007) S. 345 - 347, 345. [10] Forge, S., Horvitz, R., Blackman, C., Bohlin, E.: Light Deployment Regime for Small-Area Wireless Access Points (SAWAPs). Final report. Luxembourg: Publications Office of the European Union, (2019) S. 30 - 31. Wir erhalten Einzigartiges. Mit Ihrer Hilfe. www.denkmalschutz.de IBAN: DE71 500 400 500 400 500 400 BIC: COBA DE FF XXX, Commerzbank AG Spendenkonto VON SIEGFRIED BESIEGT, VON UNS G E R E T T E T. Drachenbrunnen auf dem Drachenfels in Königswinter. Jannik Wendorff, M. Sc. Wissenschaftlicher Mitarbeiter RWTH Aachen University, Institut für Städtebau und Europäische Urbanistik Kontakt: wendorff@staedtebau.rwth-aachen.de Dr.-Ing. Claudia Kruschwitz Wissenschaftliche Mitarbeiterin und Forschungskoordinatorin RWTH Aachen University, Institut für Städtebau und Europäische Urbanistik Kontakt: kruschwitz@staedtebau.rwth-aachen.de AUTOR*INNEN