5G

Was bedeutet 5G?

Die Erklärung zu der Bezeichnung 5G ist leicht zu verstehen: Das G bedeutet Generation und die 5 heißt lediglich, dass es die fünfte Mobilfunkgeneration ist. Die fünfte Mobilfunkgeneration löst damit LTE, oder auch Advanced LTE (eine Unterkategorie von 4G) genannt, als neueste Mobilfunkgeneration ab. Vorgänger der vierten Generation is UMTS (3G). 5G ist momentan die neuste Generation im Mobilfunk. Verfügbar ist das 5G Netz in Deutschland seit September 2019.

Was für Verbesserungen bringt 5G?

5G eröffnet neue Möglichkeiten bei der Digitalisierung und wird vor allem für Unternehmen interessant. Mit dem neuen Mobilfunkstandard 5G erzielt man höhere Datenraten, erhält eine verbesserte Kapazität und ein intelligentes Netz. Unter einem intelligenten Netz (IN) versteht man ein Netzwerkkonzept, das die Vermittlungssteuerung vom technischen Vermittlungsvorgang trennt.

Ein Beispiel für Firmen ist die bessere Vernetzung innerhalb und zwischen Firmen oder die Revolution von Maschine-zu-Maschine Kommunikation (M2M). Generell wird die Vernetzung von Maschinen in der Industrie 4.0 verbessert.

Aber auch für Verbraucher:innen bringt 5G Verbesserung wie schnelleres mobiles Netz und noch mehr vernetzte Gegenstände im Alltag (Smart Home). Ebenfalls wird die Grundlage für Augmented Reality Spiele geschaffen.

Wie funktioniert 5G?

Das 5G Mobilfunknetz nutzt ein Übertragungssystem mit MIMO-Technologie (Multiple Input Multiple Output) bei dem der Datenstrom über mehrere Sende- und Empfangsantennen übertragen wird. Dies verbessert das Empfangssignal und vergrößert die mögliche Distanz und erhöht den Datendurchsatz.

LTE benötigt maximal acht Antennenelemente, die kombiniert werden. Im Gegensatz dazu erfordert 5G deutlich mehr: Bei Millimeterwellen kommen häufiger mehrere hunderte Antennen an Sende- und Empfangsstationen zum Einsatz. Dies nennt man die optimierte Mehrantennentechnik, Massive-MIMO genannt, was die Kapazität des Mobilfunknetzes eben um ein Vielfaches verbessert.

Bei der Massive-MIMO benötigt man allerdings noch eine weitere Technik, um die Vorteile der Millimeterwellen voll auszuschöpfen: Das sogenannte Beamforming sorgt dafür, dass die Signale fokussiert und zuverlässig übertragen werden. Beamforming ist eine neue Antennentechnik bei der steuerbare Signale ganz gezielt ausgerichtet werden können und die Sendeleistung so nach Bedarf angepasst werden kann.

Gegenüber LTE hat 5G eine höhere Datenkapazität und eine mehr als tausend fach schnellere Datenübertragung. Aufgrund von kaum merklicher Latenzzeiten ermöglicht der Mobilfunkstandard eine blitzschnelle Reaktion im Netz und benötigt dabei weniger Strom.

Ermöglicht werden diese Verbesserungen durch neuartige Übertragungstechniken auf der Luftschnittstelle, sowie durch deutlich erhöhte Funkfrequenzbereiche. Diese Frequenzen bieten den Vorteil, dass eine größere Anzahl an Informationen in weniger Zeit übertragen werden können. Das Netz verliert dadurch jedoch stark an Reichweite. Folglich müssen für ein großflächiges 5G-Netz künftig mehr Mobilfunkmasten errichtet werden als für das bisherige LTE Netz.

Unterschied von 5G zu den Vorgängern

5G weist natürlich einige Aspekte auf, die diese Generation von den früheren Mobilfunk Netzen unterscheidet. Die Übertragungsgeschwindigkeiten steigen, obwohl die Kosten und der Energieverbrauch sinken. Außerdem weist 5G kaum spürbare Latenzzeiten auf, was bisher unerreichbare Reaktionsgeschwindigkeiten ermöglicht.

Des Weiteren ist 5G deutlich variabler als ein 4G-Netz. Genau bedeutet dies, dass das Netz von selbst bemerkt, ob wenige Geräte eine hohe Datenrate verlangen oder wie viele Geräte mit vergleichsweise geringem Bedarf sich an einem Ort aufhalten. Dadurch, dass das Netz dies wahrnimmt, kann das Netzwerk passende Veränderungen vornehmen, seine Leistung anpassen und anders verteilen.

Abgrenzung von 4G und 5G

Der aktuelle Mobilfunkstandard von 4G ist auch unter dem Namen Long Term Evolution (LTE) bekannt. Mit dieser Technik werden die Netzabdeckung und die Netzgeschwindigkeit von fast allen Privatkunden geregelt. Dieser Mobilfunkstandard ist besonders wichtig für verschiedene alltägliche Anwendungen, zum Beispiel mobiles Streaming von Sportangeboten oder Datenaustausch über Messenger. Er stellt dafür eine ausreichende Datenrate bereit.

LTE kann in einem einfachen Betrieb eine Bandbreite von bis zu 150 Mbit/s erzeugen. In Städten sind sogar bis zu 300 Mbit/s möglich. Dies ist praktisch für den schnellen Download von größeren Datenmengen.

Die Einführung vom Nachfolger 5G wird allerdings nicht das Ende von LTE bedeuten, sondern ist lediglich eine Entwicklung zusätzlich zum bestehenden Netz. Nutzt man beide Technologien - also 4G Technologie und 5G Technologie - zusammen, können zukünftig größere Kapazitäten und schnellere Netzgeschwindigkeiten bedient werden.

Bereits jetzt nutzen Milliarden von Menschen im Zuge der Digitalisierung mobiles Internet und dafür passende Geräte. Das 5G Netz ist die Antwort auf die Anforderungen der Digitalisierung.

Was sind die Vorteile des 5G Netzes?

Der größte Vorteil wurde bereits genannt: 5G hat eine weitaus höhere Geschwindigkeit bei der Datenübermittlung. Ob bei Fernsehübertragen aus mehreren Perspektiven per Internet oder beim Austausch von intelligenten Autos, um Unfälle zu verhindern. Die Datenrate steigt also ebenso wie die Anzahl an Geräten in einem Netzwerk; Latenz- und Ladezeit sinken jedoch. Das Netz wird also schneller und besser und verbraucht dabei weniger Energie.

Auch wenn diese Punkte positive Entwicklungen für Verbraucher:innen sind, fördern sie vor allem die Wirtschaft und Industrie 4.0 (Internet of Things/Digitalisierung). Die Zusammenarbeit erlebt neue Möglichkeiten: Virtuelle Realitäten können zur gleichen Zeit an verschiedenen Orten erlebt werden, aufwändige Simulationen können leicht weitergeleitet werden und ganze Städte werden zu Smart Cities.

Was sind die Nachteile von 5G?

Natürlich gibt es nicht nur Vorteile durch 5G. Die hohen Frequenzen, die in den 5G Netzen versendet werden, benötigen eine große Anzahl an Sendemasten. Das bedeutet, dass die Kosten für die Errichtung und den Betrieb des 5G Netzes deutlich teurer werden als für das 4G-Netz. Für die Inbetriebnahme werden aufwendige Tests zur Netzabdeckung, Qualitätssicherung und Integration in der schon bestehenden Infrastruktur benötigt.

Wie sicher ist das 5G-Netz?

Berechtigterweise stellt sich nun die Frage, wie sicher das 5G-Netz ist. Durch die Installation des Netzwerks werden unterschiedliche Sicherheitsvorkehrungen geprüft und verbessert, damit ein sicheres Netz aufgebaut wird.

Folgende Neuerungen aus der Spezifikation sollte man hier besonders betonen:

• 5G-Komponenten werden mit neuen kryptografischen Lösungen gesichert, was dafür sorgt, dass im Falle einer Kompromittierung einzelner Komponenten der Schutz anderer Komponenten weiterhin besteht.
• "Authentication Confirmation" (AC) ist ein neuer Mechanismus und soll für mehr Sicherheit beim Roaming sorgen. Dabei schickt das Endgerät des Teilnehmers einen kryptografischen Beweis über die Identität des Mobilfunkbetreibers, in dessen Netzwerk sich das Endgerät eingewählt hat, zurück an den heimischen Mobilfunkbetreiber. Bisherige Mobilfunknetzwerke unterstützen diese Funktion nicht.
• Die Langzeitidentität der Teilnehmer (IMSI), wird ab 5G verschlüsselt übertragen. Diese Informationen werden bei 2G/3G/4G derzeit ohne Verschlüsselung übertragen.

Obwohl diese Mechanismen existieren, kann man momentan nicht einschätzen, ob auch tatsächlich alle Sicherheitsfunktionen zum Einsatz kommen werden. Der erste wichtige Punkt ist, dass nicht klar ist, wie schnell die Mobilfunkanbieter ihre Netze zu 5G wechseln werden, da dies nicht vom Gesetzgeber oder den 5G-Spezifikation festgelegt wurde. Der Wechsel erfolgt also von jedem Mobilfunkanbieter individuell und hängt auch davon ab, wie 5G von den Verbraucher:innen angenommen wird. Viele der Vorteile dieser Mobilfunk Technologie wie schnellere Übertragungsraten können nämlich auch mit 4G genutzt werden, allerdings gelten die Sicherheitsmaßnahmen hier dann nicht.

Was sollten Nutzer:innen in Zukunft beachten?

Bezüglich der Sicherheitsmaßnahmen ist noch nicht klar, ob der/die Endnutzer:in selbst entscheiden kann, ob das Endgerät nur im 5G Netz unterwegs sein soll. Der Einfluss wird wahrscheinlich auf die Einstellungen begrenzt, die das mobile Betriebssystem auf dem Endgerät bereithält.

Die Verbraucher:innen müssen also bei der Wahl von Anwendungen und Dienstleistern ebenso achtsam sein, wie sie es jetzt schon sind.

Wann kommt 5G in Deutschland?

Für das 5G Netz wurden Frequenzbänder benötigt, die an die Telefonanbieter versteigert wurden. Mitte 2018 wurde durch die Bundesnetzagentur die Versteigerung der 5G-Frequenzen in Deutschland verkündet. Daraufhin haben Telekom, Vodafone, Telefónica sowie Drillisch zwölf Wochen lang um insgesamt 41 Frequenzblöcke geboten. Die Bundesnetzagentur (BNetzA) hat im Vorhinein bestimmt, welche Rechte und Aufgaben man mit dem Kauf erhält. Dies wirkt sich wiederum nun auf die Netzabdeckung und die Ausbaugeschwindigkeit aus.

Die Versteigerung der Frequenzen sollte zu einem zeitnahen Beginn des 5G-Ausbaus führen und es war angesetzt, dass es 2022 zu einer flächendeckenden Versorgung kommen wird. Der 5G-Ausbau startete in 2019. Zu einer flächendeckenden Versorgung wird es bis Ende 2022 nicht kommen. Jeder Mobilfunkanbieter handhabt die Einführung von 5G anders. Festgelegt für 5G ist per Gesetz lediglich, dass die Netzbetreiber bis Ende 2022 1.000 Basisstationen mit der 5G-Technik errichtet haben mussten. Andere Vorgaben, wie dass bis Ende 2022 mindestens 98 Prozent der Haushalte je Bundesland mit mindestens 100 Mbit/s sowie alle Bundesautobahnen und zahlreiche Bundesstraßen (Verbindungsfunktionsstufen 0/1) mit mindestens 100 Mbit/s und höchstens 10 ms Latenz versorgt werden müssen, legen nicht deutlich fest, dass dies durch 5G geschehen muss.

5G gibt es auch in Deutschland, allerdings bisher vor allem in der 5G-NR-Standard Variante, auch als 5G-NSA bezeichnet. Dies heißt Non-Stand-Alone und bedeutet, dass das 5G Netz noch einen parallelen LTE-Träger für die Signalisierung im Netz benötigt. Dadurch können natürlich nicht die vollen Fähigkeiten von 5G entfaltet werden.

Dies wird erst mit 5G SA (also 5G Stand-Alone) zu erreichen sein, was allerdings noch nicht ausgereift ist. Hierfür müssen die Anbieter unter anderem ihr eigenes Netz umstellen und eine eigene Vermittlungstechnik aufbauen. Das Kernnetz muss darauf vorbereitet werden und auch das Handy muss 5G SA unterstützen.

Brauchen wir 5G?

Die Digitalisierung auf der Welt wächst stetig an. Netzbetreiber überall auf der Welt stehen vor der Herausforderung, den Bedarf an schnelleren Datenverbindungen gerecht zu werden.

Die Kommunikation zwischen Menschen weltweit ist bereits jetzt der neue Standard. Mit der 5G Technologie soll sich diese Kommunikation nun auch auf Geräte und Maschinen ausweiten und diese miteinander vernetzen.

Diese Vernetzung kommt vor allem der Industrie 4.0 zu Gute, da diese Dienste schwerpunktmäßig auf die Anforderungen dieser ausgelegt sind. Aber natürlich helfen uns innovative Anwendungen wie Smart Home oder Virtual Reality Technologie auch im Alltag dabei, ein leichteres und sichereres Leben mit der 5G Technologie zu führen.

Kommunikationsstandard statt Mobilfunkstandard

Die Digitalisierung wächst rasant und entwickelt sich immer weiter. Durch sie können sich Menschen und Maschinen untereinander und miteinander vernetzen. Dafür benötigen sie aber eben auch leistungsstarke Netze und eine passende Infrastruktur. Für die immer größer werdenden Datenvolumen soll es auch immer schnellere Möglichkeiten für den Transport der Datenübertragung geben.

Der 5G Standard als Mobilfunkstandard ist dabei nicht nur eine Weiterentwicklung des Mobilfunk, sondern auch die Zukunft. Die Ansprüche an die Netzinfrastruktur sind groß und 5G hilft besonders in der Vielzahl von Anwendungen rund um die Datenkommunikation. Das 5G Zeitalter ist also nicht ausschließlich der Mobilfunkstandard, sondern auch der Kommunikationsstandard.