Neuer Mobilfunkstandard 26.08.2018, 10:15 Uhr

Wie sich Deutschland auf das 5G-Zeitalter vorbereitet

5G soll den Mobilfunk revolutionieren und neue technische Möglichkeiten für das Internet of Things bereithalten - doch wie sieht der Zeitplan für Deutschland aus?
(Quelle: shutterstock.com/jamesteohart)
Die Mobilfunkwelt steht vor einer großen Veränderung: Wenn mit 5G die nächste Generation der Netze in wenigen Jahren eingeführt wird, soll das nicht nur auf Netzbetreiber und Hardware-Hersteller Auswirkungen haben, sondern ganze Industrien und Bereiche der Gesellschaft grundlegend verändern. Schlagwörter wie Internet of Things (IoT), Smart Wea­rables, Virtual und Augmented Reality werden in der aktuellen Debatte oft mit 5G verknüpft.
5G-Prognose: 2023 soll es weltweit rund 1 Milliarde 5G-Anschlüsse geben - hauptsächlich in der Asien-Pazifik-Region.
Quelle: Ericsson, Angaben in Mio.
Doch bei aller Euphorie gibt es viele offene Fragen, an denen sich zeigt, dass die schöne Mobilfunkzukunft nicht so einfach zu erreichen sein wird, wie manche denken. Es geht zum Beispiel darum, die regulatorischen Bedingungen für die zukünftige Mobilfunklandschaft in Deutschland und die damit verbundene Frequenzvergabe sowie die Finanzierung des Netzaufbaus zu gestalten. Aber auch die konkrete technische Umsetzung von 5G muss noch Probleme lösen, wie erste Feldversuche jetzt zeigen. Das ist zumindest keine Überraschung, denn es ähnelt den Schwierigkeiten, die es schon bei der Einführung von UMTS/3G und LTE/4G gab. Der große Unterschied besteht bei 5G - im Gegensatz zu früheren Generationen, die sich vor allem mit begrenzten technischen Hürden zu befassen hatten - in den deutlich erweiterten neuen Geschäftsmodellen, die ebenfalls noch entwickelt werden müssen.
Neben den großen Chancen, die 5G bietet, gibt es auch Risiken und Probleme, die ein solches Vorhaben unweigerlich mit sich bringt. Denn egal, ob man 5G positiv oder negativ betrachtet: Die neue Technologie wird weltweit in wenigen Jahren kommen und zum Standard werden. Deutschland kann sich dieser Entwicklung nicht verschließen, wenn es wettbewerbsfähig bleiben will.

5G: Herausforderungen

Die potenziellen Bremsen im Netz werden bei 5G ähnlich herausfordernd sein wie bei LTE/4G: Vor allem in Ballungsräumen mit vielen Nutzern und einer dichten Bebauung, die die Si­gnale behindert, werden Tempoverluste wohl weiter ein Problem darstellen. Besser als bisherige Generationen wird 5G hier vor allem durch die parallele Nutzung vieler verschiedener Frequenzbänder, die je nach Bedarf der Anwendung erfolgt und in der Regel über ein multimodales Endgerät realisiert wird, die Versorgung gewährleisten.
Zugrunde liegt dem breit genutzten Frequenzspektrum ein physikalisches Gesetz: Je höher die Frequenz, desto höher fällt die Geschwindigkeit bei abnehmender Reichweite aus. Der niedrige Bandbereich um 700 MHz, der bis März 2017 hierzulande noch von DVB-T der ersten Generation belegt wurde, könnte das untere Ende der Skala ausmachen, wenn er künftig für 5G bereitgestellt wird. Allerdings ist es auch möglich, dass 700 MHz zunächst zusätzlich für LTE/4G zur Verfügung steht. Für Anwendungen mit geringen Anforderungen an die Latenzzeit und das Übertragungstempo ist 700 MHz eigentlich ideal. Das sind zum Beispiel Sensoren in Gebäuden, die nur wenige KByte an Daten übertragen müssen, aber vom Durchdringen der Signale auch durch dicke Wände profitieren. Die Versorgung von großen Flächen auf dem Land durch eine Zelle ist ebenfalls möglich.
2G bis 5G: Mobilfunkstandards im Vergleich
Mobilfunkstandard Maximale Geschwindigkeit (in MBit/s) Theoretische Download-Zeit für eine 1,77 GByte große Datei (in Minuten)
GSM/2G (seit 1992) 0,01 25.920
UMTS/3G (seit 2004) 0,38 680
HSPA/HSPA+/3,5G (seit 2006) 42 6
LTE/3,9G (seit 2010) 150 2
LTE Advanced/4G (seit 2011) 600 0,42
LTE Advanced Pro/4,5G (seit 2016) 1000 0,25
5G (ab 2020) 10.000 0,02
2G bis 5G: Mobilfunkstandards im Vergleich
Mobilfunkstandard Maximale Geschwindigkeit (in MBit/s) Theoretische Download-Zeit für eine 1,77 GByte große Datei (in Minuten)
GSM/2G (seit 1992) 0,01 25.920
UMTS/3G (seit 2004) 0,38 680
HSPA/HSPA+/3,5G (seit 2006) 42 6
LTE/3,9G (seit 2010) 150 2
LTE Advanced/4G (seit 2011) 600 0,42
LTE Advanced Pro/4,5G (seit 2016) 1000 0,25
5G (ab 2020) 10.000 0,02
Über 700 MHz folgen die Bänder von 1 bis 6 GHz, in denen mobiles Breitband und Anwendungen laufen werden, die besonders zuverlässig funktionieren sollen. In diesem Bereich liegen die heutigen LTE-Frequenzen. Auch die Sprachtelefonie über 5G könnte hier angesiedelt werden. Diese wird aber wohl kaum am Anfang genutzt werden, sondern wie bei LTE/4G später dazukommen. Viele Netzbetreiber werden dagegen Voice over LTE in den nächsten Jahren noch ausbauen.
Auf den weiteren Frequenzen über 6 GHz, die bis 32 GHz reichen, werden vor allem sehr schnelle Übertragungsgeschwindigkeiten bei geringer Reichweite und Inhouse-Durchdringung ermöglicht. Um hier eine flächendeckende Versorgung zu gewährleisten, muss ein großes Netz von Sendesta­tionen bestehen.
Über die Nutzung vieler Antennen (Massive MIMO - Multiple Input Multiple Output) mit bis zu 128 Stück in den Sende- und Empfangsmodulen kann die Leistung von 5G-Netzen erheblich erhöht werden. Zudem erlaubt Beamforming die gezielte Ansteuerung einzelner Geräte der Nutzer mit weniger Streuverlusten, wie sie bisher mit einem Signal, das vom Sender für alle ausgestrahlt wurde, der Fall waren. Die MIMO-Technologie ist nicht neu, sie kommt unter anderem bereits bei LTE/4G und WLAN zum Einsatz, die Zahl der möglichen Antennen wird jedoch bei 5G deutlich erweitert.
Die Nutzung mehrerer Antennen und damit das Bereitstellen verschiedener alternativer Übertragungswege dient auch der Zuverlässigkeit der Übertragungen, die bei 5G gegenüber LTE/4G noch einmal deutlich besser werden soll. Denn für viele geplante Anwendungen, zum Beispiel Telemedizin oder autonomes Fahren, wären schon kleinste Netzaussetzer fatal.
TH-Kongress



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