Mobile Kommunikation: Was bringt 5G und wie funktioniert es?

Was ist 5G?

5G (=5th generation) ist der Name einer Gruppe von Spezifikationen für die Entwicklung von Mobilfunknetzen für die mobile Nutzung des Internets, zum Beispiel durch Smartphones. Öffentliche Netze, die den 5G-Standard erfüllen, werden ab 2019 in immer mehr Ländern an immer mehr Standorten zur Verfügung stehen und dort die bisherigen 4G- oder 3G-Netze ergänzen. Herausgeberin des Standards ist die International Telecommunication Union (=ITU) einer UN Organisation.

Was bringt 5G und wie funktioniert es?

Die geplanten 5G-Netze bieten im Vergleich zu den bestehenden 4G-Netzen folgende hauptsächlichen Unterschiede und Verbesserungen:

1. Deutlich höhere Down- und Uploadgeschwindigkeiten; erwartet werden Downloadgeschwindigkeiten, die bis zu zehnmal so schnell sind wie die Geschwindigkeiten aktueller Netze.
2. Verlässlichere Verbindungen durch eine tiefere Netzwerklatenz.
3. Eine grössere Anzahl von unterstützten Verbindungen, d.h. mehr Geräte pro Mobilfunkantenne.

Mobilfunknetze basieren auf Radiowellen oder elektromagnetischer Strahlung. Jede Radiowelle hat eine Frequenz, gemessen in Hertz. Radiowellen haben eine Frequenz zwischen 300 Gigahertz und 30 Hertz. Mobilfunknetzen müssen Frequenzspektrums-Bereiche innerhalb dieses Bereichs zugewiesen werden. Hierbei gilt: Je höher die Frequenz, desto höher der Datendurchsatz durch das Mobilfunknetz. Allerdings ist bei höherer Frequenz auch die räumliche Abdeckung eines Senders – Mobilfunkantenne – geringer.

5G wird mehrere Spektrums-Bänder nutzen:

• Frequenzen von weniger als 6 GHz im sogenannten „Frequency Range 1“
• Frequenzen von teilweise mehr als 24 GHz im „Frequency Range 2“

Um die höheren Frequenzen und damit schnellere Datenverbindungen nutzen zu können, wird der Ausbau von neuen Sendern erforderlich. Dies ist notwendig, um das Problem der geringeren räumlichen Abdeckung zu beheben. Allerdings sind diese sogenannten small cell Sender in Bezug auf Grösse und Energieverbrauch geringer als bestehende Mobilfunkantennen. Trotzdem sind die Kosten des Aufbaus eines Mobilfunknetzes im Frequency Range 2 sehr hoch und es ist mit einem graduellen Ausbau des 5G-Netzes zu rechnen. Beginnend in den Zentren, wo die Anzahl User höher sind.

Was nützt 5G?

Die Verbesserungen der Mobilkommunikation durch 5G Netze wird in erster Konsequenz Benutzern und Benutzerinnen des mobilen Internets (Smartphones, Tablets oder Laptop mit SIM Karte) schnellere Verbindungen mit höherer Bandbreite bieten und jetzige Anwendungsfälle wie mobile Multimedienkonsumation bzw. –kommunikation unterstützen und verbessern. Auch wird es möglich sein, Haushalte, die bisher noch über kein schnelles Internet basierend auf Kabelverbindung verfügen, direkt über Funk mit schnellerem Internet zu versorgen, sogenanntem „Fixed Wireless Broadband“.

Vor allem aber wird 5G eine mengenmässig deutliche Zunahme der Nutzung des mobilen Internets im Rahmen von Maschine-zu-Maschine-Kommunikation ermöglichen und weitere IoT(Internet of Things)-Anwendungsfälle ermöglichen. Da 5G-Mobilfunkantennen mehr Verbindungen unterstützen als bisherige Funknetze können immer mehr Geräte verbunden werden und das Mobilfunknetz nutzen. Man spricht von Massive Machine Type Communications oder mMTC.

Nicht zuletzt wird die tiefere Netzwerklatenz die Nutzung von Mobilfunknetzen in kritischen Anwendungsfällen ermöglichen, die bisher aus Robustheitsgründen auf eine Verkabelung angewiesen waren, beziehungsweise räumlich verteilt nicht möglich waren. Ein solch hochstabiles Funknetz wird Tactile Internet genannt.

Wichtig ist es jedoch zu verstehen, dass der Ausbau von 5G-Netzen nur die Infrastruktur – bzw. einen Teil der Infrastruktur – zur Verfügung stellt, auf der neue Anwendungsfälle ausgeführt werden können. 5G als Mobilfunknetz treibt diese Anwendungsfälle nicht direkt, sondern ermöglicht sie. Welchen Nutzen genau die Entwickler innovativer neuer Produkte aus den verbesserten Netzwerkmöglichkeiten 5G ziehen werden, lässt sich noch nicht sagen und die Aussagen in dieser Richtung sind im Moment noch Erwartungen bzw. Spekulationen. Nichtsdestotrotz sieht der chinesische Konzern Huawei – ein Hauptakteur in der Produktion der für 5G notwendigen Hardware – die folgenden Gruppen von Anwendungsfällen als Top 10 an:

1. Cloud Virtual and Augmented Reality
2. Connected Automotive
3. Smart Manufacturing
4. Connected Energy
5. Wireless eHealth
6. Wireless Home Entertainment
7. Connected Drones
8. Social Network
9. Personal AI Assistant
10. Smart City

Zum Beispiel könnte die hohe Verfügbarkeit des Netzes – Tactile Internet – in Verbindung mit hohen Bandweiten für Echtzeitanwendungen im medizinischen Bereich genutzt werden und sogar Fernoperationen ermöglichen. Oder die Möglichkeit des Anschlusses von vielen Endgeräten – Massive Machine Type Communications – könnte für den Netzanschluss von Tausenden von Sensoren in Verkehrsüberwachung, Verkehrsschildern, Ampelanlagen aber auch Fahrzeugen genutzt werden und die automatische Verkehrssteuerung und das (teil)autonome Fahren ermöglichen bzw. unterstützen.

Sicher scheint, dass 5G zu einem höheren Grad der Vernetzung – sowohl von Usern als auch Maschinen – führen und die Digitalisierung voranschreiten wird.

Autor: Till Schilling

Links

https://en.wikipedia.org/wiki/5G
https://en.wikipedia.org/wiki/International_Telecommunication_Union
https://www.techradar.com/news/what-is-5g-everything-you-need-to-know
https://www.digitaltrends.com/mobile/what-is-5g/
https://en.wikipedia.org/wiki/Radio_frequency
https://de.wikipedia.org/wiki/Mobiles_Internet
https://en.wikipedia.org/wiki/5G_NR_frequency_bands
https://www.sdxcentral.com/5g/definitions/top-5g-use-cases/
https://www.5g-anbieter.info/5g-anwendungen.html

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