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5G - Die Chancen der neuen Mobilfunktechnologie

5G -
DIE CHANCEN DER NEUEN MOBILFUNKTECHNOLOGIE

Der mobile Datenhunger steigt exponentiell – von Jahr zu Jahr um durchschnittlich 50 Prozent. Aufgrund der stetig wachsenden Begeisterung von mobilem Videostreaming und anderen datenintensiven Diensten ist ein Ende dieser Entwicklung nicht absehbar. Zudem stehen neue Technologien, ob im Transportsektor mit autonomem Fahren (selbstfahrende Autos), Flugtaxis, Industrie 4.0, in den Startlöchern, die über mobile Internetanbindungen realisiert werden. Deshalb warten viele bereits sehnsüchtig auf die nächste Generation des Mobilfunks 5G, die noch höhere Übertragungsraten verspricht.

Die neue Netz-Technologie bietet jedoch nicht nur höhere Frequenzen bzw. Geschwindigkeiten zur Datenübertragung als LTE, sondern auch extrem schnelle Reaktionszeiten (Latenz). Damit gibt es mit 5G für Smartphone-User neue Potentiale und Nutzungsszenarien, wie zum Beispiel bei der Augmented Reality. Doch nicht nur dort, sondern vor allem in der Maschinenkommunikation (M2M) und der Vernetzung von Alltagsgegenständen (IoT – Internet of Things) wird der neue Standard der Netz-Zukunft eine zentrale Rolle spielen. So wird das Internet der Dinge mit 5G endgültig Wirklichkeit.

Doch was zeichnet die neue Mobilfunktechnologie aus und wie werden die Anwender davon profitieren? Im Folgenden geben wir einen Überblick über die technischen Chancen und Möglichkeiten von 5G.

5G – Erläuterung des Highspeed-Netzes im Mobilfunk

Die höhere Bandbreite der 5G-Technologie wird durch die Bündelung mehrerer Frequenzbereiche erreicht. So können dem Nutzer mehr Raum für die Datenübertragung zur Verfügung gestellt werden und die Datenrate steigt. Durch das sogenannte Networkslicing können dem einzelnen Nutzer auf die persönlichen Bedürfnisse ausgerichtete Datenraten zur Verfügung gestellt werden. Das Mobilfunknetz wird so gewissermaßen in verschiedene Scheiben (Slices) geschnitten und kann flexibel eingesetzt werden. Dadurch wird es möglich, dem Endverbraucher passgenaue Kapazitäten zuzuweisen und auf Leistungsspitzen individuell zu reagieren. Mithilfe der sogenannten Multi-User-Beachforming-Technologie können die verschiedenen Teilantennen der 5G-Station gezielt angesteuert und dem User zur Verfügung gestellt werden.

Diese Flexibilität bei der Netznutzung spielt bei 5G eine zentrale Rolle, da neben der Vernetzung von Privatkunden auch die Kommunikation zwischen verschiedensten Geräten und Maschinen (M2M) mit dem neuen Netz gewährleistet werden soll. Hierfür sind niedrige Latenzzeiten maßgeblich, die sich in der neuen Technologie niederschlagen. So bietet 5G Reaktionszeiten von unter einer Millisekunde (bei 3G waren es noch ca. 100 Millisekunden), was zu einer schnellen Datenübertragung in Echtzeit führt. Vor allem bei Prozessen, die auf eine schnelle und zuverlässige Datenübertragung angewiesen sind, wie zum Beispiel beim autonomen Fahren hat die neue Technologie großes Potential.

Erlaeuterung des Highspeed-Netzes im Mobilfunk

Mobilfunk der fünften Generation – Aufbau und Ausbau der Technik

Um ein 5G Netz aufbauen zu können, ist die Nutzung neuer, bisher ungenutzter Frequenzbänder die wesentliche Voraussetzung. Die Frequenzen hierfür werden derzeit von der Bundesnetzagentur versteigert. Besonders wichtig sind hierbei die Frequenzblöcke im Bereich 3,6 GHz der Bundesnetzagentur. Über diese Frequenzbänder werden die hohen Geschwindigkeiten realisiert. Die ebenfalls von der Bundesnetzagentur versteigerten Frequenzen im Bereich 2 GHz werden hingegen aktuell auch noch für die UMTS-Technologie (3G) genutzt. Die Frequenzbänder sind teilweise erst ab 2026 verfügbar.

Als Faustregel gilt: Je höher die Frequenz, desto niedriger die Reichweite. Da die 5G-Frequenzen im Vergleich zu LTE, das auch über das 800 MHz Band funkt, hoch sind, wird der Ausbau des neuen 5G-Mobilfunknetzes zunächst im städtischen Raum erfolgen. Hier ist es deutlich einfacher viele Menschen auch mit geringen Sendereichweiten zu erreichen, da die Populationsdichte deutlich höher ist. Bis Ende 2022 soll jeder Netzbetreiber mindestens 1.000 Sendemasten mit 5G-Frequenz aufgebaut haben. Da es vor allem auch für industrielle Anwendungen geeignet ist, wird der Nachfolger der vierten Generation parallel zum aktuellen Mobilfunkstandard – dem bestehenden LTE-Netz – von den Netzbetreibern betrieben und sukzessive ausgebaut werden.

Eine weitere Voraussetzung beim 5G-Netzaufbau der Netzbetreiber ist die Anbindung der Mobilfunkzellen an das Glasfasernetz, da nur so die notwendigen Geschwindigkeiten realisiert werden können. Zudem ist eine höhere Antennendichte als bei der bisher im Einsatz befindlichen Mobilfunk-Technik erforderlich, da die Reichweite der Funkmasten geringer ist.

5G Netzaufbau der Netzbetreiber

Der zukünftige Mobilfunkstandard: Leistungsmerkmale von 5G

  • Bis zu 100-fach höhere Datenrate als bei LTE: Mit 5G lassen sich Geschwindigkeiten von theoretisch 10 Gigabit pro Sekunde realisieren. Bei LTE sind hingegen 50 MBit/s bis 100 MBit/s weit verbreitet, so dass mit 5G die Surfgeschwindigkeit um das 100-fache ansteigt.
  • Extrem niedrige Latenz (unter einer Millisekunde): Von den hochgradig schnellen Reaktionszeiten profitiert vor allem die Industrie. Roboter und Maschinen müssen in Echtzeit miteinander kommunizieren, um beispielsweise Produktionsprozesse aufeinander abzustimmen.
  • Höhere Netz-Kapazität: Mit 5G können wesentlich mehr Nutzer und Smartphones über eine Zelle versorgt werden. Im Vergleich zu LTE wird die Kapazität rund 1000-fach höher sein in Bezug auf Teilnehmer und Geräte.
  • Geringerer Energie- und Stromverbrauch: 5G Netze verbrauchen in Relation zur übertragenen Datenmenge weniger Energie.
Leistungsmerkmale von 5G

Datengeschwindigkeiten je Mobilfunkstandard in MBit/s

Datengeschwindigkeiten je Mobilfunkstandard

5G-Anwendungsgebiete – neue Chancen in privaten und industriellen Bereichen

Bisher stellte ein neuer Mobilfunk-Standard eine Weiterentwicklung bereits bestehender Technologien dar. So können mit LTE weitaus höhere Datenübertragungsgeschwindigkeiten als noch bei 3G erzielt werden; insgesamt basiert 4G aber auf den Strukturen der Vorgängertechnologie 3G. Nutzer profitieren hauptsächlich von der schnelleren und stabileren Performance der Netze und können mobil ähnlich schnell wie im Breitbandnetz surfen.

Mit dem 5G-Netz, dessen Frequenzen die Bundesnetzagentur derzeit versteigert, ergeben sich über die schnellere Performance hinaus zahlreiche neue Anwendungsfelder, die großes Potential haben. Nachdem bisher in erster Linie Menschen miteinander vernetzt wurden, ist es bei 5G das Internet der Dinge und damit Gegenstände bzw. Maschinen, die kommunizieren können. Insofern ist 5G weit mehr als die nächste Generation des Mobilfunks und eröffnet völlig neue Geschäftsfelder für Unternehmen und Anwendungen für Endverbraucher. Denkbare Anwendungen der neuen Technologie, die die Netzbetreiber ermöglichen sind das autonome Fahren, die Medizintechnik und industrielle Anwendungen und das Internet der Dinge.

  • Industrie: Für Produktionsprozesse wird dank der Echtzeitübertragung von 5G eine wesentliche höhere Flexibilität und Wandelbarkeit für Unternehmen erwartet. So können Produktionslinien in der Fabrik der Zukunft schneller denn je angepasst und gesteuert werden. Gleiches gilt auch für die Landwirtschaft, wo das Automatisierungspotential besonders hoch ist.
  • Medizin: Hier können zukünftig Ärzte im Krankenhaus über 5G beispielsweise den Gesundheitszustand einer verunglückten Person in Echtzeit noch vom Unfallort erfahren. Dadurch lässt sich die Kommunikation zwischen Sanitäter und Arzt noch effizienter gestalten. Konkrete und schnelle Hilfemaßnahmen, die die Wahrscheinlichkeit des Überlebens steigern, können durchgeführt werden.
  • Autonomes Fahren: Die geringen Latenzzeiten vom 5G-Netz können vor allem für das autonome Fahren eine wichtige Rolle spielen. Beispielsweise wird es möglich, dass Verkehrsdaten zwischen den einzelnen Fahrzeugen in Echtzeit ausgetauscht und eventuelle Gefahrenstellen frühzeitig erkannt werden.
  • Augmented Reality: Die ultraschnelle Übertragung von sensorbasierten Informationen aus der Umgebung in nur Bruchteilen von Sekunden verspricht neue Nutzungsformen im Bereich Augmented Reality, von der auch Endverbraucher profitieren.
  • Internet der Dinge und smarte Städte: Großes Potential hat das 5G-Netz, das die Netzbetreiber in den nächsten Jahren aufbauen werden, auch bei der effizienteren Gestaltung von Wohnraum und Städten. Mithilfe intelligenter Haussteuerung (Smart Home) und einer Verknüpfung von Abfallversorgung, Energie und Verkehr auf kommunaler Ebene, lassen sich hier zahlreiche Einsparungen und eine verbesserte Öko-Bilanz realisieren.
5G Anwendungsgebiete

5G-Frequenz – Was bringt die neue Technologie in der Zukunft?

Die Erfahrung zeigt: Neue Technologien werden kurzfristig meist überschätzt, der langfristige Effekt aber gern unterschätzt.

Anders als bei LTE wird der Endverbraucher vermutlich in erster Linie indirekt profitieren. Die Vorreiterrolle werden im ersten Schritt Unternehmen aus der Industrie bei der Nutzung der neuen technologischen Möglichkeiten dank 5G-Netz einnehmen. Von den dort entwickelten Anwendungen und Geschäftsmodellen, z.B. beim autonomen Fahren oder in der Medizin werden auch Privatkunden Vorteile erhalten.

Sicher ist aber, dass Endverbraucher nicht nur von der höheren Geschwindigkeit des mobilen Internets zur Nutzung datenintensiver und beliebter Anwendungen wie Video-Streaming profitieren werden, sondern auch von der Vernetzung der Geräte und Maschinen.

5G-Frequenz Was bringt die neue Technologie in der Zukunft

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