Moderne Smartphones und Tablet-PCs werden immer öfter als mobiler Arbeitsplatz genutzt und benötigen eine schnelle und zuverlässige Anbindung an das World Wide Web. Mit der Einführung von 5G soll bis 2025 schnelles Internet deutschlandweit verfügbar sein. Mit 5G wird die fünfte Mobilfunkgeneration bezeichnet, die seit 2019 europaweit an Verbreitung gewinnt. Im Folgenden beleuchten wir das Thema 5G von allen Seiten und gehen auf die besonderen Merkmale dieser neuen Mobilfunkgenration im Detail ein.

Die Definition von 5G

Bei 5G handelt es sich um einen Mobilfunkstandard, der seit 2019 in Deutschland an Verbreitung gewinnt. Der wesentliche Unterschied der fünften Generation zu den früheren Standards LTE (4G) und UMTS (3G) spiegelt sich in der Tatsache wider, dass die Anzahl der sendenden Mobilfunkstationen nicht mehr direkt von der Besiedlungsdichte des jeweiligen Gebiets abhängig ist. Konkret bedeutet das, dass der Aufbau des Mobilfunknetzes der 5. Generation sich in erster Linie nach den Anforderungen der Anwender vor Ort richtet. Ob ein Wohngebiet ein sehr breitbandiges Netz mit hohen Datentransferraten bekommt oder ob auf einer Autobahn ein schnelles Netz mit Fokus auf hohe Zuverlässigkeit und niedrige Latenzen implementiert wird, hängt in erster Linie von den Wünschen der Nutzer vor Ort ab.

Parallel zum Ausbau des neuen Netzes müssen auch die Versorgungsauflagen der Frequenzvergabe berücksichtigt werden. Aus diesem Grund weiten sich flächendeckend zunächst vorrangig Teilverbesserungen der 5. Mobilfunkgeneration aus, sodass 4G und 5G-Netze bis auf Weiteres parallel betrieben werden. Dies bietet den Vorteil, dass der Ausbau stufenweise realisiert werden kann. Falls Probleme bei der Implementation des neuen Netzes aufkommen, kann jederzeit auf 4G umgeschaltet werden. Die 5. Mobilfunkgeneration ist kein geschlossener Standard, sondern besteht aus einer Vielzahl unterschiedlicher Technologien, die bereits bei LTE-Advanced zum Einsatz kommen. Insofern wird es also zu keinem technologischen Bruch kommen.

Zahlreiche Neuerungen und Verbesserungen bei 5G

Die aktuellen Mobilfunknetze setzen sich aus klassischen Dachstandorten und freistehenden Masten zusammen. Diese stellen sowohl die nötige Flächenabdeckung als auch die Netzwerkkapazität für das jeweilige Gebiet bereit. Mit der 5. Mobilfunkgeneration wird es nicht nur größere Unterschiede in der Standortdichte geben, sondern die Standorte werden sich von der Leistungsfähigkeit und den erzielbaren Datenübertragungsraten noch stärker unterscheiden als bisher. Neben den Dachstandorten, die auch weiterhin benötigt werden, wird insbesondere die kleinzellige Netzwerkarchitektur zum Einsatz kommen. Die gigantische Anzahl an teils konkurrierenden Anforderungen führt dazu, dass es kein einheitliches 5G-Netz für alle geben wird.

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Vielmehr kommen viele individuell Teilnetze zum Einsatz, die auf die jeweiligen Anforderungen ihrer Nutzer optimal zugeschnitten sind. Diese kleineren Teilnetze werden auf Basis einer gemeinsamen physischen Netzwerkinfrastruktur betrieben, dem „5G-Dachnetz“. Obwohl die 5. Mobilfunkgeneration zahlreiche Neuerungen und Verbesserungen mit sich bringt, bilden die bestehenden Standorte die Basis des neuen Netzes. Die bestehenden Standorte werden graduell mit neuer Technologie ausgestattet, dazu gehört auch der Anschluss an das Glasfasernetz. Im direkten Vergleich zu dem aktuellen Mobilfunkstandard LTE-Advanced zeichnet sich 5G durch folgende Eigenschaften aus:

– datentransferraten bis zu 10 Gbit/s

– bessere Nutzung bestehender und höherer Frequenzbereiche

kurze Latenzzeiten von wenigen Millisekunden, was insbesondere für Internet of Things (IoT) interessant ist

Personalisierte Netze

Beim 5G-Netz werden in der Regel drei unterschiedliche Anwendungsbereiche unterschieden, und zwar:

– ein hochperformantes mobiles Breitbandnetz

– die Kommunikation zwischen Software und Maschine

– ein zuverlässiges Netz mit extrem kurzen Latenzzeiten

Für all diese Bereiche gibt es verschiedene technische Herausforderungen und Rahmenbedingungen, die gelöst werden müssen. Das mobile Netz der Zukunft muss möglichst flexibel gestaltet sein, damit es alle Herausforderungen möglichst gut erfüllt. Die 5. Mobilfunkgeneration verspricht eine höhere Kapazität, einen höheren Durchsatz sowie kürzere Antwortzeiten bei gleichzeitig sinkenden Betriebskosten. Durch die Anbindung der Mobilfunkstationen an das Glasfasernetz, wird die 5. Mobilfunkgeneration immer wichtiger. Neben dem Ausbau der bestehenden mobilen Funknetze, muss auch das Glasfasernetz stark ausgebaut werden, damit die 5G-Technologie ihr volles Potenzial entfalten kann.

Small Cells und andere Systeme

Bei einer 5G-Kleinzelle handelt es sich um eine Mobilfunkzelle mit geringer Sendeleistung und einem kleinen Versorgungsbereich. Die sogenannten „Kleinzellen“ (Small Cells) kommen heute schon an Orten mit hoher Nutzerdichte, wie beispielsweise in Fußgängerzonen in Innenstädten oder Fußballstadien zum Einsatz. Dank dieser Technologie lassen sich Engpässe im bestehenden Mobilfunknetz schnell und effektiv beheben. Die Kleinzellen sind jedoch nicht als Ersatz für traditionelle Mobilfunk-Dachstandorte gedacht, sondern sie sollen diese vor allem ergänzen und das Netz an Orten mit hoher Nutzerzahl verdichten.

An Orten, an denen eine große Kapazität benötigt wird, kommen Mehrantennen-Systeme zum Einsatz. Die Implementierung solcher Systeme ermöglicht die Nutzung mehrere unterschiedlicher Empfangs- und Sendeantennen zur drahtlosen Datenübertragung, wodurch die zur Verfügung stehende Bandbreite um ein Vielfaches erhöht wird. Ein spezielles Codierungsverfahren biete den Vorteil, dass sich die Qualität der bereitgestellten Datendienste verbessern lässt, ohne dass mehr Frequenzen genutzt werden. Da Frequenzen im Bereich der mobilen Datenübertragung das wichtigste Gut darstellen, ist dies ein enormer Vorteil. Die Nutzer profitieren von einer höheren Zuverlässigkeit und schnelleren Datenraten.

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