Was ist 5G und was verspricht es?

5G steht für die fünfte Generation des Mobilfunks und ist der Nachfolger von 4G (auch LTE genannt).

5G liefert eine Menge Neuerungen, es soll vor allem:

• Höhere Datenraten erlauben (bis zu 100-fach)
• Geringere Latenzzeiten bringen (minimal 3 ms in Vergleich zu minimal 50 ms bei 4G - schnellere Reaktionsmöglichkeit)
• Mehr Menschen gleichzeitig schnelles Internet ermöglichen (bis zu 1000-fache Datenkapazität)
• Industrie 4.0 ermöglichen

Übersichtliche Zusammenfassungen zu 5G liefern die Seiten "5G-nimmt-erste-formen-an" und "mobile-communication-5g".

Wie schafft das 5G im Vergleich zu 4G?

Ausweitung der Frequenzbereiche und Kleinzellenbetrieb

4G nutzt Frequenzbereiche zwischen 700 MHz und 2,6 GHz. Diese Frequenzbereiche wird auch 5G benutzen. Zusätzlich darf 5G das "C-Band" zwischen 3,4 und 3,7 GHz verwenden. Aber wirklich neu ist, dass 5G auch viel höhere Frequenzbereiche z.B. 26 GHz und evtl. noch höher benutzen darf.

Pauschal lässt sich sagen: Je höher der Frequenzbereich, desto mehr Daten können übertragen werden, allerdings desto geringer die Entfernung, über die Daten sicher übertragen werden können (stärkere Ausbreitungsdämpfung). Nach dem Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI): "Sehr hohe Frequenzen größer 20 GHz erfordern darüber hinaus in der Regel eine direkte Sichtverbindung." (siehe BMVI)

5G kann völlig neue Frequenzbereiche nutzen, die deutlicher höher liegen als die bisherigen.

Grundsätzlich werden Makrozellen (Sendeleistung pro Zelle >100 W, also n*100 w) und Kleinzellen (Sendeleitsung pro Zelle <10W) unterschieden. Makrozellen werden jetzt schon für 4G verwendet und sollen aufgerüstet werden (neue Frequenzbänder 700 MHz und 3 GHz). Zusätzlich erwartet das BMVI neue Standorte für Makrozellen, um das hohe Datenaufkommen bewerkstelligen zu können. Diese können auch nur das neue Frequenzband 3,5 GHz mit einer Leistung >10w benutzen.

Kleinzellen sollen Spitzenverbräuche in Hotspots abfangen und insbesondere für höhere Frequenzbereich benutzt werden. Kleinzellen haben das Potential "Breitbandzugang als auch Mobilfunk-Versorgungsgebiete mit höchstem Datenverkehrsaufkommen." umzusetzen. Kleinzellen sind durch Glasfaser verbunden. Glasfaser ist Voraussetzung von 5G. (siehe BMVI)

Das BMVI (Mobilfunkstrategie der Bundesregierung) spricht selber von tausenden von neuen Standorten:

"In Deutschland werden heute ca. 74.000 Standorte für den öffentlichen Mobilfunk genutzt. Um die Versorgungsauflagen zu erfüllen, notwendige Kapazitätserhöhungen in den jeweiligen Mobilfunknetzen vorzunehmen und neue innovative 5G-Anwendungen außerhalb von lokalen 5G-Netzen zu realisieren, müssen von den etablierten Mobilfunknetzbetreibern und dem Neueinsteiger tausende neuer Standorte erschlossen werden."

Es steht eine beispiellose Verdichtung der Mobilfunk-Infrastruktur bei 5G an!

Algorithmen

Die Mobilfunk-Infrastruktur wird bei 5G immer mehr durch den Einsatz von Algorithmen optimiert. Schlüsseltechnologien sind "Software-defined Networks“ (SDN), dabei wird der physikalische Übertragungsweg abstrahiert und „Network Functions Virtualisation“ (NFV), dabei werden virtualisierte Softwaresysteme zum Aufbau des Netzwerks verwendet anstatt proprietärer Hardware (Vereinfachung der IT-Infrastruktur).

Wer kurze Latenzzeiten braucht (vor Ort-Prozessierung) wird über andere Kanäle versorgt, als der der latenzunabhänige Daten konsumiert (z.B. Mediadownload).

Antennenoptimierung

Um insbesondere in hohen Frquenzbereichen zielgerichtete Datenübertragung zu ermöglichen, werden neue Antennen-Technologien eingesetzt:

• Massive MIMO: Erhöhung der Anzahl der Antennen, die zur Übertragung benutzt werden
• Beamforming: "Dabei wird die Antennensenderichtung so verändert, dass ein maximales Signal am gewünschten Ort (Endgerät) ankommt." (Informationszentrum-Mobilfunk - Telekom/Telefonica, usw)

Antennen lassen sich zielgerichtet ausrichten, um insbesondere Datenübertragung mit hoher Datenrate zu ermöglichen.