5G

Was ist 5G?

5G steht für fünfte Generation (des Mobilfunks) und bezeichnet den neuesten Mobilfunkstandard, der sich seit 2009 zunehmend verbreitet. 5G baut auf dem bestehenden Mobilfunkstandard LTE (Long Term Evolution) auf und stellt den Nachfolger der bisherigen Mobilfunkstandards 2G (GSM), 3G (UMTS) und 4G (LTE) dar.

5G schafft die Grundlage für neue Kundenerlebnisse wie zum Beispiel Augmented Reality Spiele oder die Vernetzung von Maschinen in der Industrie und intelligenten Geräten, das sogenannte Internet of Things (IoT). Außerdem unterstützt die Technik die Digitalisierung vieler Lebensbereiche.

Vergleich zum Vorgängernetz LTE

• Datenraten bis zu 10 Gbit/s
• höhere Frequenzbereiche
• erhöhte Frequenzkapazität und Datendurchsatz
• Echtzeitübertragung
• Latenzzeiten von wenigen Millisekunden bis unter Millisekunde

Technische Grundlagen

Zentraler Unterschied zu den Vorgängernetzen LTE (4G) und UMTS (3G) ist, dass die Anzahl der in einem Gebiet sendenden Mobilfunkstationen bei den 5G-Netzen nicht mehr so sehr von der Besiedlungsdichte abhängt. Das hängt damit zusammen, dass sich die Mobilfunkgeneration 5G stark nach den Anforderungen der Anwender vor Ort richtet.

Die heutigen Mobilfunknetze bestehen aus klassischen Dachstandorten und freistehenden Masten, die sowohl die Flächenabdeckung als auch die Netzkapazität für ein bestimmtes Gebiet zur Verfügung stellen. Mit 5G werden sich diese optisch und von Ihrer Leistungsfähigkeit her deutlich verändern. Neben den weiter benötigten Dachstandorten wird insbesondere die kleinzellige Netzarchitektur weiter ausgebaut. Die Vielzahl der zum Teil konkurrierenden Anforderungen führt dazu, dass es kein gleichförmiges 5G-Netz für alle geben wird, sondern viele individuelle, virtuelle Spezialnetze, die auf die jeweiligen Anwendungen zugeschnitten sein werden. Diese Netze werden unter einer Art „5G-Dach“, das heißt auf Basis einer gemeinsamen physischen Infrastruktur betrieben.

4G und 5G-Netze werden zunächst gemeinsam, beziehungsweise parallel betrieben, so dass der Ausbau stufenweise erfolgen kann. Jedoch bedeutet die Einführung von 5G nicht das Ende von LTE, sondern eine Weiterentwicklung zum bestehenden Netz. Der parallele Betrieb beider Netztechnologien ermöglicht zukünftig größere Kapazitäten und schnellere Netzwerkgeschwindigkeiten zu bedienen. Mit der Einführung von 5G erwartet uns nicht nur höhere Bandbreiten und ein schnellerer Datenaustausch; es eröffnen sich auch neue technologische und digitale Möglichkeiten.

Anwendungsspezifische Netze

Wie schon beschrieben, besteht das 5G-Netz aus mehreren Spezialnetzen, die für spezifische Anwendungsfälle zugeschnitten sind. Es wird dabei zwischen drei Anwendungsbereichen unterschieden: das ultra-schnelle mobile Breitband (Enhanced Mobile Broadband), die Kommunikation zwischen Maschinen und Anwendungen (Massive Machine Type Communications, M2M) und ein Hoch-Zuverlässigkeitsnetz mit kurzen Antwortzeiten (Ultra-Reliable and Low Latency Communications). Für alle drei Bereiche gibt es unterschiedliche Herausforderungen und technische Rahmenbedingungen, weshalb das Netz hochflexibel sein muss. Der 5G-Standard weist deshalb mehr Durchsatz und Kapazität bei gleichzeitig sinkenden Betriebskosten auf.

Enhanced Mobile Broadband

Die fortschreitende Digitalisierung und damit einhergehende Technologien erfordern eine große Bandbreite, um die zunehmend wachsenden Datenmengen entsprechen übertragen zu können. Der Mobilfunkstandard bietet mit Datenraten im Bereich von bis zu 10 Gigabit pro Sekunde hierfür die geeignete technische Basis. Anwendungen im Gebiet der virtuellen oder erweiterten Realität sind mit 5G-Technik ebenso darstellbar. Solche Anwendungen benötigen exakt hohe Datenraten und eine große Kapazität. Ihr Einsatzgebiet kann vom mobilen Reparaturservice lokaler Handwerker bis hin zum medizinischen Operationssaal genutzt werden.

Massive Machine Type Communications

Während zuvor die Vernetzung von Menschen im Vordergrund stand, wird in Zukunft die Vernetzung von Märkten, Branchen, Industrien als auch des Alltags immer wichtiger. In diesem Kontext werden Begriffe wie Industrie 4.0., Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) und das Internet der Dinge (IoT) uns immer öfter begegnen. Von dieser digitalen Entwicklung werden nicht nur Industrie- und Produktionsanwendungen betroffen sein, sondern auch viele alltägliche Dinge wie Kühlschränke, Haustechnik oder Alltagsgegenstände. Zwar übertragen diese Anwendungen in aller Regel nur kleine Datenmengen, jedoch rechnen Experten mit einer rasant steigenden Zahl der vernetzten Geräte. Kleine Datenmengen bei gleichzeitig großer räumlicher Verbreitung benötigen ein großflächiges Netz, das eine hohe Anzahl an kommunizierenden Geräten verarbeiten kann. 5G bildet hierfür die technische Grundlage.

Ultra-Reliable- and Low-Latency-Communications

Anwendungen wie das autonome Fahren sind auf ultraschnelle und zuverlässige Informationsübertragung angewiesen. Die kurze Latenzzeit des Mobilfunkstandards 5G erscheint hierbei vielversprechend: Mit einer Antwortzeit von nur einer Millisekunde können Daten nahezu in Echtzeit übertragen werden. Eine weitere Anforderung des autonomen Fahrens ist eine sehr hohe Zuverlässigkeit des Übertragungsnetzes, die auch für spezielle, schnell ablaufende Prozesse, wie bildgebende Verfahren in der Medizin oder der Industrie, notwendig ist.

Kritikpunkte

• Energieverbrauch
  Zwar ist der theoretische Energieverbrauch pro Bit bei 5G um einiges geringer als bei seinem Vorgänger, jedoch kann mit Hinblick auf den erwarteten Anstieg der Datenrate ebenfalls von einem Anstieg des Energieverbrauchs ausgegangen werden. Da die Reichweite der 5G-Basisstationen gering ist, werden zusätzlich mehr Basisstationen gebraucht als bei 4G.
• Neue Endgeräte
  Um 5G und dessen Vorteile nutzen zu können, werden Endgeräte benötigt, die diesen Funkstandard unterstützen. Dies gilt sowohl für Smartphones als auch Endgeräte in der Industrie. Aus diesem Grund vermuten Experten, dass der neue WLAN-Standard Wifi 6 gute Chancen haben könnte, bei der Vernetzung der Industrie eine große Rolle zu spielen. Wifi 6 weist genauso wie 5G hohe Geschwindigkeiten und niedrige Latenz auf und überzeugt zudem dadurch, dass es abwärtskompatibel ist. Sprich, in einer mit Wifi 6 vernetzen Fabrik können sowohl neue Geräte zum Einsatz kommen, die die moderne Technik unterstützen als auch Geräte, die nur mit älteren Wifi-Generationen kompatibel sind.
• Gesundheitsrisiko
  Umstritten ist die Diskussion um die Frage, ob das 5G-Netz gesundheitsschädlich ist. Bei dieser Annahme vermischen sich oft jedoch ernst zu nehmende Bedenken mit kuriosen Verschwörungstheorien.
  Grundsätzlich geht es hierbei um die elektromagnetische Strahlung, die bei der Datenübertragung über hochfrequentierte Felder entsteht. Jedoch muss an dieser Stelle angemerkt werden, dass sich die Frequenzbereiche, die bei 5G zum Einsatz kommen, nur in Teilen von den bisher genutzten Frequenzbereichen unterscheiden. Wie schon vorhin beschrieben, macht die kürzere Reichweite der höheren Frequenzen eine größere Zahl von Antennenanlagen nötig, die mit anderer Leistung und Technik arbeiten. Die neuen Sendeanlagen, sog. Small Cells, werden zukünftig etwa in Buswartehäuschen, Werbetafeln oder Laternenmasten aufgestellt und sind somit näher am Menschen. Zudem arbeiten Small Cells mit Beamforming, sprich der gezielten Ausrichtung von Funksignalen.
  Die bis jetzt genutzten Frequenzbereiche sind gut erforscht und es sind unterhalb der geltenden Grenzwerte keine gesundheitsschädlichen Wirkungen bekannt. Die Grenzwerte orientierten sich an möglichen gesundheitlichen Effekten. Jedoch ist ein Rückschluss auf die Veränderung der Strahlenexposition nicht möglich und die Auswirkungen gezielterer Strahlung nicht bestimmbar.