5G
Wann kommt der Nachfolger von LTE?

1999 kam 3G oder UMTS, 2011 kam 4G oder LTE, 2020 dann 5G: Die Übertragungsdaten sind immer schneller geworden. Zwischen 2020 und 2021 sollen die 20 größten Städte Deutschlands mit 5G versorgt werden. Etwa 300 Antennen werden an mehr als 100 Standorten aufgestellt. Aber wann genau das neue, schnelle Netz wo verfügbar ist, steht immer noch nicht ganz fest. Sicher ist dagegen, dass das 5G Netz 10 Gbit/s Download und 2 Gbit/s Upload erlaubt. So schnell war bisher noch kein Netz. Kompatible Geräte wird es von Huawei und Samsung geben. Aber was genau kann 5G in Deutschland?

Was ist 5G?

5G ist, vereinfacht ausgedrückt, das neue Mobilfunknetz. Es soll bis zu 100mal schneller als LTE sein und Datenübertragung in Echtzeit ermöglichen. Aber nicht nur Privatanwender werden laut den Anbietern von dem neuen Mobilfunkstandard profitieren, sondern auch ein vernetzter Straßenverkehr wird möglich. Produktionsmaschinen und AR für die Industrie 4.0 werden ebenfalls drahtlos angebunden sein. Sogar in der Landwirtschaft soll 5G nützlich sein.

Angestoßen wurde die Standardisierung in 5G schon 2012 von der International Telekommunikation Union ITU, sie 2016 befindet sich der neue Standard als 3rd Generation Partnership Project in der Entwicklung. Technisch gesehen wird hier sowohl die Luftschnittstelle als auch der Backbone neu definiert.

Wie unterscheidet sich 5G vom Vorgänger 4G/LTE?

Nach LTE kommt das 5G Netz? Das klingt, als würde eine einmal begonnene Entwicklung einfach verbessert und fortgeführt. Ganz so einfach ist es allerdings nicht. Um zu klären, wie genau sich das 5G-Netz von seinem Vorgänger unterscheidet, schaust du dir am besten die technischen Details an.

Wie bei LTE dient auch bei der 5G Technologie Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (kurz OFDMA) als Zugriffsverfahren. Die Modulationsverfahren Quadrature Phase-Shift Keying (kurz QPSK) und Quadrature Amplitude Modulation, genauer gesagt 16-, 64-, 256- und 1024-QAM werden genutzt.

Und dann fangen die Unterschiede zu 4G an: Die maximale Kanalbreite liegt bei 5G schon bei 400 MHz (im Vergleich zu 20 MHz bei 4G), und die maximal Datenrate im Downlink liegt bei 20 Gbit/s. Im Uplink sind es 10 Gbit/s. Angestrebt ist einem minimale Lenz von 0,5 bis 4 ms. 5G Handys sollen sich ohne Unterbrechungszeit beim Handover zwischen den einzelnen Zellen bewegen.

Momentan ist das möglich, wenn die maximale Geschwindigkeit, mit der sich das 5G Handy (oder ein anderes Endgerät) bei 500 km/h oder darunter liegt. Bis zu 1 Million Geräte pro Quadratkilometer können derzeit bedient werden. Hierbei handelt es sich jedoch um Basisdefinitionen. Kein einzelnes Gerät wird diese alle gleichzeitig erreichen. Denn die maximale Datenrate liefern stationäre 5G-Router (Festnetzanschluss), die minimalen Letzten sind dagegen für Industriegeräte interessant als Ethernet-Ersatz.

Wann kommt 5G?

Der flächendeckende 5G-Ausbau wird noch einige Zeit brauchen. Tatsächlich wurde aber schon 2017 damit begonnen. Denn der erste Teil des Standards wurde damals festgezurrt, 5G Erweiterungen können von den Netzbetreibern seitdem auf der Basis von den LTE-Kernnetzen eingeführt werden. Damit sind erste 5G Basisstationen realisierbar geworden (auf Basis der NSA, 5G New Radio specification for non-standalone Operation). Die SA-Definition (Standalone Release 15) folge im Juni 2018. Seither lassen sich eigenständige 5G Netze inklusive 5G-Kernnetze bauen. Soweit die bisherige Entwicklung.

Geplant ist, das der neue Mobilfunkstandard ab Januar 2020 langsam, aber sicher in Deutschland flächendeckend eingeführt wird. Allerdings scheint das erst einmal nicht ganz plausibel - vermutlich wird die Entwicklung, die ohnehin für wenigstens 18 Monate angesetzt war (also 1 1/2 Jahre und damit bis weit in 2021 hinein), nicht vor 2021 so richtig in Schwung kommen.

Was die 5G Entwickler wollten

Mit der Standardisierung im Rahmen von 5G wurden mehr und mehr Netzfunktionen in die Software verlagert. Bisher betraf das unter anderen Network Slicing (also die virtuellen und anwendungsbezogenen Netzwerke im Parallelbetrieb), die Network Functions Virtualization sowie das Software-Defined Networking. Insbesondere drei Kategorieren stehen für das 3GPP auf der Agenda: Das sind ein mobiler Breitbandzugang, die critical Machine-Type Comppunication und die massive Machine-type Communication. Was bedeutet das nun konkret?

Mobiler Breitbandzugang muss nicht erklärt werden. cMTC geht mit einer hohen Systemverfügbarkeit und einer zuverlässigen latenzarmen Übertragung einher. Das ist zum Beispiel bei der funkbasierten Steuerung von Industrieanlagen interessant und ermöglicht die Kommunikation von autonomen Fahrzeugen. mMTC dagegen bietet Dir hohe Signalreichweiten und lockt mit langen Batterielaufzeiten. Die Funkelemente für IoT werden damit kostengünstiger.

Die Vorteile liegen also sowohl für private als auch für industrielle Anwender in der hohen Geschwindigkeit, in einer besseren Energieeffizienz und einer minimalen Signallaufzeit. Die Endgeräte bieten immer nur einen Teil dieser Vorzüge, vermutlich werden sie nicht alles auf einmal können. 5G Endgeräte werden Smartphones und Tablets sein, aber auch Router und AR-/VR-Brillen. Stationäre Internet-Anschlüsse, die sehr hohe Geschwindigkeiten liefern, sind ebenfalls denkbar.

Aus den ganz unterschiedlichen Vorteilen für Industrie beziehungsweise Privatanwender/-innen ergibt sich ganz natürlich, dass auch weitere Geräte jeweils einen Teil der Vorteile nutzen. Wearables beispielsweise und IoT Geräte wie Personen-Tracker, Wasseruhren und Milchkannen können schon länger mit einer einzigen Knopfzelle jahrelang auskommen, weil sie mit energieeffizienten Modulen ausgestattet sind. Die Sparfunker Sigfox, LoRa WAN und Bluetooth LE bleiben aber nicht alleine. Die Mobilfunktindustrie springt auf diesen Zug auf und wird künftig mit höheren Funkreichweiten und einer robusteren Übertragung locken.

Erste 5G Anwendungen schon gestartet

2019 sind die ersten ausgereiften und preiswerten Mobilfunkmodule marktreif geworden, sie lösen die GPRS-Vorgänger ab. Andere Projekte, die mit 5G Frequenzen in die Zukunft starten, sind Smart Cities und autonome Fahrzeuge. Sogar das digitale Gesundheitswesen wird von dem neuen Mobilfunkstandard profitieren. Pilotprojekte konnten zeigen, dass sich IoT-Techniken beispielsweise für Parkleitsysteme und für die Steuerung von Straßenbeleuchtung nutzen lassen. Da sind also schon ganz konkrete Projekte in Planung.

Bis Ende 2018 hatten in 78 Ländern insgesamt 182 Betreiber in die 5G Netze investiert. 5G wird aber erst einmal nicht mobil genutzt. Vielmehr dient es als Ersatz für das Festnetz. Ein Beispiels: Verizon bietet in den USA 5G Home an, der Downlink liegt bei 300 MBit/s.

Was sind die Voraussetzungen?

Die Software und die Infrastruktur sind die eine Seite, die andere Seite sind die Geräte. Chipsätze von Qualcomm, Samsung und Hi-Silocon können seit Anfang 2019 5G. Sie bringen einen deutlichen Sprung in der Geschwindigkeit. Angekündigt hatten auch Intel und MediaTek Geräte, die die neuen Chips nutzen sollten.

Ein Problem bleibt der Netzausbau in Deutschland, der nicht einmal die volle Leistung von LTE ausschöpfen kann. Sogar das Vodafone-Netz mit seinen 60 MHz Systembandbreite ist unglaublich weit davon entfernt. Gigabit-Niveau wird nur im optimalen Fall erreicht. Die Tarife waren 2019 aber noch so teuer, dass niemand einen Gigabit-LTE-Router ernsthaft in Betracht zog. Es muss also noch viel passieren, bevor 5G in Deutschland wirklich flächendeckend zu zumindest annähernd den angedachten Übertragungsraten genutzt werden kann. Ob es 2020 oder 2021 tatsächlich soweit kommt, dass Du die 5G Geschwindigkeit genießen kannst, ist fraglich.

Auktion der Frequenzen 2019

Was hat es nun mit den Frequenzen auf sich? Ganz einfach ausgedrückt: Breitere Funkbänder transportieren Daten schneller. Je breiter, desto schneller. WLAN nutzt 40 MHz breite Kanäle für 450 MBit/s. Für 5G reicht das nicht aus. Auch für Gigabit-LTE ist das nicht genug. Bei LTE werden Bänder ab 1,4 MHz bis 20 MHz gebündelt, das bezeichnet man als Carrier Aggregation. Bei 100 MHz Systembandbreite ist für die meisten LTE Netze aber Schluss - 5G soll ein Mehrfaches davon nutzen.

Weltweit stehen für LTE und 5G verschieden breite Funkbänder von 450 MHz bis etwa 6 GHz bereit, außerdem haben die Mobilfunker für beide Standards unliniierte Bänder erschlossen. Im Bereich von 700 MHz liegt das erste für 5G genutzte Band, und die 2015 vergebenen Nutzungsrechte wurden 2019 frei. 2019 versteigerte die Bundesnetzagentur das Band neu und warf zusätzliche Kapazitäten zwischen 3,4 und 3,7 GHz mit in die Auktion.

Insgesamt dauerte die Auktion 12 Wochen, sie wurde in 497 Runden durchgeführt. 6,6 Milliarden Euro brachte sie dem Staat ein, der das Geld in die Digitalisierung fließen lassen will. Der Großteil der Einnahmen kommt von der Deutschen Telekom (2,17 Milliarden Euro). Aber auch Vodafone, Telefónica und Drillisch boten mit. Die Bundesnetzagentur versteigerte Blöcke in den Frequenzbereichen von 2 GHz und 3,6 GHz, wobei die 2 GHz-Blöcke erst ab 2021 oder gar 2026 genutzt werden können.

Das Ziel ist nun, das bis Ende 2022 wenigstens 98n% der Haushalte mit einer Mindestgeschwindigkeit von 100 MBit/s versorgt sein werden, ebenso wie alle Bahnstecken, die von mehr als 2.000 Fahrgästen täglich genutzt werden. Auch alle Autobahnen und die wichtigsten Bundesstraßen sollten so ausgestattet sein. Bis Ende 2024 sind die Ansprüche noch höher: Jetzt sollen die Datenübertragungsraten auf allen Bundesstraßen mindestens erreicht werden, auf Landes- und Staatsstraßen sowie in Seehäfen und allen niedriger frequentierten Bahnstrecken sind es 50 MBit/s.

Neue Endgeräte benötigt: 5G Smartphones

Schon 2019 sind die ersten Geräte auf den Markt gekommen, die 5G können. 2018 hatte Motorola bereits das 5G-Moto-Mod gezeigt, und seit 2019 gibt es Geräte von Samsung, Huawei und Xiaomi. Die Telekom und Vodafone beiden auch die ersten Tarife für 5G an. Abwärtskompatibel sind alle neuen Geräte, so dass auch die Mobilfunkstandard 3G und 4G noch genutzt werden können. Du willst konkrete Geräte genannt haben? Gerne:

• Samsung Galaxy S10 5G
• Huawei Mate X
• Xian Axon 10 Pro 5G
• LG V50 ThinQ
• Opposition Reno 5G

Ab 2020 will auch Apple mit 5G Modulen auf den markt kommen.

100x höhere Datenrate als LTE Netze macht sich beim Upload bemerkbar

Die schnelleren Datenraten, also die 5G Geschwindigkeit, werden vor allem beim eigenen Smartphone auffallen. Chatten, Websurfen und Streaming dürfte laufen wie bisher. Aber bei den Upload-Vorhängen solltest Du künftig einen Unterschied bemerken. Denn das ist gerade der Flaschenhals für die Cloud-Synchronisierungen. Foto- und Video-Versand sind insbesondere betroffen.

Wirtschaftliche Einführung vor 2021 kaum plausibel

In der Produktion und im Straßenverkehr liegt ein Problem darin, dass Ampeln beispielsweise den Strom aus Kabeln beziehen und das Kabel als Backup benötigen. Grünphasen selbständig bedarfsgerecht und energieschonend zu schalten wird erst in einigen Jahren realistisch sein - und das liegt unter anderem daran, dass die KI noch nicht so weit entwickelt ist.

Ähnliche Probleme zeigen sich bei Alarmierungen zwischen Fahrzeugen auf der Strecke, beispielsweise in Sachen Glatteis- oder Unfallwarnung. Auch die Verkehrsflusssteuerung und autonome Fahrzeuge bleiben erst einmal Zukunftsmusik, trotz 5G. Im Bereich der Produktion will 5G zu einer Alternative für Industrial Ethernet werden - wie schnell das geht, wird sich zeigen müssen.

Damit die Mobilfunkbetreiber 5G im Sektor Industrie sinnvoll verbreiten können, müssen erst einmal Glasfasernetze, Frequenzen und Infrastrukturen (beispielsweise Small Cells mit 5G Mini-Cloud) ausgebaut werden. Und das kostet Geld. Dieses Geld haben die Netzbetreiber derzeit nicht, es muss bei Firmen und Banken als Investitionen eingeworben werden.

Ein weiteres Problem: 5G-Mobilfunkbasisstationen benötigen ein Vielfaches der Rechenleistung von LTE-Stationen. Mit den derzeit zur Verfügung stehenden Leistungen können sie die Datenströme nicht stören. Intel will bis 2022 aus dem Stand heraus in 40 % der Basisstationen vertreten sein - zahlen sollen es die Netzbetreiber, sonst können sie die Technik nicht nutzen.

Glasfasern und Cloud-Infrastruktur sollen aus den Kernnetzen herausgenommen werden und auf Hotspots und Firmengelände verlegt werden. Das ist beispielsweise sinnvoll, um Industrieroboter zu steuern. Aber auch diese Entwicklung wird Zeit und Geld kosten.

Wie gefährlich ist 5G?

Die Frage würden wir Dir gerne beantworten, können es aber nicht. Denn tatsächlich sind die Frequenzbereich hinsichtlich ihrer gesundheitlichen Bedenkenlosigkeit nicht erforscht. Während die einen Forscher von einer höheren Gefährdung ausgehen, nehmen andere an, dass 5G keine Gesundheitsgefährdung darstellt. Erste Studien geben Hinweise, dass beide Lager Recht haben könnten - es wird also noch eine Weile dauern, bis diese Frage wirklich abschließend geklärt ist.

Fazit: 5G ist die Zukunft - oder nur eine mögliche Zukunft

Wenn Du Dich jetzt auf noch schnelleres Internet in den nächsten paar Monaten freust und schon in den Startlöchern stehst, um Dir ein selbstfahrendes Auto zuzulegen, müssen wir Dich enttäuschen: Das ist alles noch Zukunftsmusik. Auch nach den ersten beiden Monaten 2020 sieht es nicht so aus, als würde 5G den Alltag revolutionieren. Bis die Änderungen für Smartphone-Anwender/-innen und in anderen privaten Bereichen wirklich spürbar werden, wird es noch eine Weile dauern.

Trotzdem geht die Entwicklung weiter. Es werden immer neue Pilotprojekte erprobt, für was sich 5G alles gewinnbringend nutzen lässt. Besonders interessant sind aber erst einmal industrielle Anwendungen und Anwendungen im öffentlichen Bereich. Da das alles mit hohen Kosten verbunden ist, wird der Ausbau eher langsam vonstatten gehen.