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5G: Was bringt der neueste Mobilfunkstandard?

Während die meisten Handynutzer derzeit noch LTE gewohnt sind, findet 5G auch hierzulande schon langsam Einzug. Der neue Mobilfunkstandard beschränkt sich dabei allerdings nicht nur auf schnelles Internet auf dem Smartphone, sondern liefert auch in vielen anderen Anwendungen deutliche Verbesserungen. Aber was genau macht die fünfte Mobilfunkgeneration aus und für welche Bereiche wurde die 5G-Technologie optimiert?

%G-Antennenmast
Für jeden neuen Mobilfunkstandard werden bestehende Mobilfunkmasten umgerüstet oder mehr Mobilfunkmasten gebaut. Für 5G ist beides notwendig.

Viele Aspekte des modernen Alltags werden nach und nach digitalisiert. Es ist inzwischen vollkommen normal, in der Bahn Musik oder Videos zu streamen und anstatt nach dem Weg zu fragen, schaut man auf Google Maps. In fast 90 Prozent der deutschen Haushalte gibt es mittlerweile ein Handy oder Smartphone – es gibt aber auch schon Kühlschränke und Kaffeemaschinen, die sich mit dem Internet verbinden wollen.

Was ist neu bei 5G?

Für all diese neuen Herausforderungen soll 5G New Radio, wie 5G mit vollem Namen heißt, eine Lösung parat haben. Dafür haben die Entwickler unter anderem den nutzbaren Bereich der Sendefrequenzen deutlich erhöht. Je nach Bedarf können Sendemasten und Mobilgeräte dadurch entweder schnelle oder langsame und damit kurze oder weitreichende Signale senden. Der vorhergehende LTE-Standard ist diesbezüglich deutlich eingeschränkter. Um die Geschwindigkeit des mobilen Internets weiter nach oben und den Stromverbrauch weiter nach unten zu treiben wurden bei 5G außerdem die Form der genutzten Mobilfunkwellen und die Bündelung einzelner Signale effizienter gestaltet.

Was genau eine neue Mobilfunkgeneration alles können muss, wird von der Internationalen Fernmeldeunion ITU festgelegt. Eine der geforderten Kernkompetenzen der fünften Generation war ein breiteres Anwendungsspektrum. Im Speziellen hatte die ITU drei Bereiche festgelegt, in denen 5G herausragend abliefern soll.

Höhere Datenrate fürs Streaming

Im ersten Anwendungsszenario, das als „Enhanced Mobile Broadband“ (eMBB) bezeichnet wird, geht es vor allem um Verbindungen, die einen hohen Datendurchsatz benötigen. Hierzu gehören beispielsweise Streamingdienste, die hochauflösende Videos bereitstellen, aber auch Konzepte wie Augmented- und Virtual-Reality. Im Laufe der Zeit kommen diese Anwendungen nicht nur häufiger zum Einsatz, auch die Qualität der übertragenen Medien steigt stetig, was auch die Anforderungen an das Mobilfunknetz hebt.

Die neuesten LTE-Varianten sind schon teilweise in der Lage, Downloadraten von einem Gigabit pro Sekunde zu liefern, was für die meisten Streaming-Anwendungen schon ausreicht. Allerdings muss man hier zwischen der maximalen Datenrate und dem, was tatsächlich beim Endverbraucher messbar ist, unterscheiden. Letztere beträgt bei 4G noch zehn Megabits pro Sekunde, 5G soll es bereits auf 100 Megabits pro Sekunde schaffen.

Die LTE-Technologie weist zudem nicht die benötigte Kapazität auf, um mehrere Endverbraucher in einer Mobilfunkzelle mit ultrahochauflösend gestreamten Videos zu versorgen. Dies soll durch 5G, das auch eine maximale Downloadgeschwindigkeit von bis zu 20 Gigabits pro Sekunde unterstützen kann, möglich werden. Da dieses Anwendungsgebiet dem Endverbraucher am nächsten ist, wurde in den ersten 5G-Ausbaustufen auch der Fokus auf die eMBB-Versorgung gelegt.

Symbolbild Video-on-demand
Videostreaming gilt als eine Anwendung mit besonders hohen Anforderungen an die Bandbreite. Aber aktuell reizen Anbieter wie Netflix die Möglichkeiten von 5G einfach nicht aus. Ob und wann sich daran etwas ändert, ist noch offen.

Viele Verbindungen für das Internet der Dinge

Den zweiten großen Anwendungsbereich der neuen Mobilfunkgeneration fasst die ITU unter dem Begriff „Massive Machine Type Communication“ (mMTC) zusammen. Wie der Name verrät, geht es darum, möglichst viele einzelne Maschinen miteinander zu verbinden, wobei hierzu nicht nur eigenständige Geräte, sondern beispielsweise auch Sensoren oder Steuerelemente zählen.

Anwendungen dafür liegen in Bereichen wie der Industrie 4.0 oder dem „Internet of Things“ (IoT), also dem Vernetzen von beispielsweise smarten Haushaltsgeräten. Diese mMTC-abhängigen Bereiche zeichnen sich neben den vielen einzelnen Geräten durch relativ geringe Datenmengen und einen niedrigen Energieverbrauch pro Übertragung aus. Diese Aspekte sind besonders in industriellen Anwendungsgebieten, wie der smarten Landwirtschaft, relevant, da hier enorm viele Sensoren auf einen kleinen Bereich fallen können. Das soll mit 5G aber kein Problem darstellen. Die Technologie kann bis zu eine Millionen Geräte pro Quadratkilometer vernetzen.

Symbobild Autonomes Fahren
Die Latenzzeit, die zwischen dem Eintreffen eines Datenpakets und einer Reaktion des Autos vergeht, ist mit den aktuellen Mobilfunknetzen für autonomes Fahren viel zu lang.

Latenzfreie Übertragung fürs autonome Fahren

Ein dritter wichtiger Vorteil des 5G-Netzes ist die Möglichkeit, Daten mit einer geringen Zeitverzögerung und hoher Stabilität zu übertragen. Dieses dritte Anwendungsgebiet für 5G nennt sich „Ultra-Reliable and Low-Latency Communication“ (uRLLC).

Die geringe Latenz ist beispielsweise in Bereichen der Robotik und des autonomen Fahrens relevant, da so Kollisionen und andere Fehler vermieden werden können. Aber auch medizinische Anwendungen wie das Überwachen von Vitaldaten profitieren von uRLLC. Laut ITU-Kriterien schafft es die fünfte Mobilfunkgeneration, die Übertragungs-Latenz auf eine Millisekunde zu reduzieren, was etwa zehnmal geringer als bei 4G ist.

Große Anpassbarkeit

Eine der großen Besonderheiten von 5G ist demnach die große Variabilität des Mobilfunknetzes. Die Anwendungsgebiete und Spezifikationen der Übertragungen sind auch nicht auf die drei genannten Bereiche begrenzt, sondern können bis zu einem bestimmten Grad flexibel kombiniert werden – je nach Bedarf.

Zusätzlich unterstützt 5G auch Anwendungen, die nicht klar einem der drei Bereiche zugeordnet werden können. So sind beispielsweise auch Übertragungen möglich, wenn sich der Empfänger mit bis zu 500 Kilometer pro Stunde bewegt, bei 4G waren es noch 350. Außerdem ist die insgesamte Energie-Effizienz des 5G-Netzwerkes gut 100-mal höher als bei der Vorgängergeneration.

JFL, 26.01.2022
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