Was bedeutet 5G? Einfach erklärt!

1. Was ist 5G?
2. Wie funktioniert 5G?
3. Was unterscheidet 5G von den vorherigen Technologien?
4. Welche Frequenzen nutzt 5G?
5. Ist das 5G-Netz sicher?
6. Welche Anwendungsbereiche bietet 5G?
7. Fazit

5G bezeichnet den Mobilfunkstandard der fünften Generation. Es ist der neueste Standard und die Weiterentwicklung der bisherigen Mobilfunkstandards GSM (2G), UMTS (3G) und LTE (4G). 5G ist jedoch viel mehr als nur eine Weiterentwicklung und bringt gegenüber den vorherigen Standards entscheidende Vorteile mit sich, insbesondere:

• höhere Download- und Upload-Geschwindigkeiten
• geringere Latenzzeit, also kürzere Verzögerungszeiten bei der Datenübertragung
• bessere Netzstabilität
• höhere Datensicherheit

Das 5G-Netz bietet damit die Grundlage für die zunehmende Vernetzung unserer Gesellschaft und eine Vielzahl neuer Technologien und Einsatzmöglichkeiten, etwa in den Bereichen Smart Home, Virtual und Augmented Reality, autonomes Fahren, Industrie oder Medizin.

Grundsätzlich baut die fünfte Generation der Mobilfunktechnologie auf dem bestehenden 4G-Netz auf und ist somit keine völlig neue Technologie. Das 5G-Netz zeichnet sich jedoch zusätzlich durch eine Reihe fortschrittlicher Technologien aus:

• Breiteres Frequenzspektrum:
  Ein zentrales Merkmal ist die effektive Nutzung eines breiteren Frequenzspektrums, einschließlich eines höheren Frequenzbereichs. Im Gegensatz zu den vorherigen Standards verwendet 5G auch die neuen Frequenzen von 3,4 bis 3,7 Gigahertz. Diese höheren Frequenzen ermöglichen eine größere Bandbreite, was zu einer höheren Datenübertragung im Vergleich zu 4G und 3G führt.
• Massive MIMO (Multiple Input Multiple Output):
  Um die Daten über 5G effektiv zu übertragen, werden Mehrantennensysteme (Massive MIMO) eingesetzt, die mehrere Sende- und Empfangsantennen in einer Antenne bündeln. Diese Technologie ermöglicht die gleichzeitige Übertragung mehrerer Datenströme, was die Datenraten erhöht und die Zuverlässigkeit des 5G-Mobilfunks verbessert.
• Beamforming-Technologie:
  Eine weitere Schlüsseltechnologie ist das Beamforming, mit der die Signale der Antennen gezielter auf einen bestimmten Bereich ausgerichtet werden. Durch die Bündelung der Funksignale wird nicht nur die Signalqualität und die Reichweite verbessert, sondern es können auch mehr Nutzer:innen gleichzeitig an einem Ort Daten herunterladen, ohne dass dabei die Geschwindigkeit sinkt.
• Network Slicing:
  Beim Network Slicing werden parallel betriebene virtuelle Netze auf einer gemeinsamen physischen Infrastruktur aufgebaut. Jedes dieser "Slices" kann spezifische Eigenschaften aufweisen und für bestimmte Anforderungen optimiert werden – zum Beispiel für verbesserte mobile Breitbandkommunikation oder Kommunikation mit geringer Verzögerung. Diese maßgeschneiderten Netze erhöhen die Flexibilität des 5G-Netzes erheblich.

Neben den technischen Neuerungen, wie beispielsweise der besseren Netzstabilität, werden die Unterschiede zwischen 3G, 4G und 5G für dich insbesondere in der Übertragungsgeschwindigkeit sichtbar:

Betrachtet man die Leistungsmerkmale von 5G, 4G und 3G im Vergleich, wird deutlich, dass der 5G-Standard einen signifikanten Fortschritt in der Übertragungsgeschwindigkeit bringt. Die maximale Download-Geschwindigkeit von bis zu 10 Gbit/s, die Upload-Geschwindigkeit von bis zu 2 Gbit/s und die Latenzzeit von weniger als 1 ms stellen eine enorme Steigerung gegenüber den bisherigen Standards dar.

Für die Übertragung von Signalen für den Mobilfunk benötigt es sogenannte Mobilfunkfrequenzen bzw. Frequenzbereiche. 5G nutzt drei Frequenzbereiche aus Kurz-, Mittel- und Langwellen:

• Low-Band-Frequenz (700 MHz):
  Diese Frequenz zeichnet sich durch eine sehr hohe Reichweite aus und bietet einen leistungsfähigen Netzzugang in einem Umkreis von bis zu 10 km – beispielsweise ideal für ländliche Gebiete. Die Low-Band-Frequenz ermöglicht Internetgeschwindigkeiten von bis zu 200 Mbit pro Sekunde.
• Mid-Band-Frequenz (1,8 GHz):
  Mit einer höheren Reichweite und schnelleren Übertragungsraten im Vergleich zur Low-Band-Frequenz bietet diese Frequenz eine effiziente Durchdringung von Gebäuden mit Geschwindigkeiten von bis zu 500 Mbit pro Sekunde. Diese Frequenz eignet sich beispielsweise für eine flächendeckende Versorgung von städtischen Gebieten.
• High-Band-Frequenz (3,6 GHz):
  Die High-Band-Frequenz bietet eine vergleichsweise geringe Reichweite, ermöglicht dafür jedoch eine umso höhere Bandbreite und Datenraten von mehr als einem Gigabit pro Sekunde. Da diese Frequenz Hindernisse schwer durchdringen kann, eignet sie sich beispielsweise für städtische Gebiete mit hoher Netzwerkdichte.

Durch die Abdeckung der drei Hauptfrequenzbereiche ermöglicht das 5G-Netz eine flexible und flächendeckende Mobilfunkversorgung mit hohen Datenraten und schnellen Ladezeiten – vom ländlichen Raum bis in die Großstädte.

Der 5G-Mobilfunk wurde mit grundlegenden Sicherheitsfunktionen entwickelt, die im Vergleich zu den bisherigen Mobilfunkstandards eine höhere Sicherheit bieten:

• Die Komponenten des 5G-Netzes werden mithilfe von kryptografischen Lösungen einzeln abgesichert. Im Falle einer Störung einzelner Komponenten bleibt der Schutz der anderen gewährleistet.
• Die International Mobile Subscriber Identity (IMSI) wird im 5G-Netz verschlüsselt übertragen. Diese Maßnahme schützt deine sensiblen Daten, indem zum Beispiel das Abhören durch Cyberkriminelle erschwert wird.
• Wenn du dich beim Roaming in einem fremden Netz befindest, wird ein kryptografischer Nachweis über die Identität des fremden Mobilfunkbetreibers an deinen heimischen Anbieter gesendet. Dadurch wird sichergestellt, dass dein Gerät in einem anerkannten Netz registriert ist und dein Datenaustausch geschützt bleibt.

Die Kombination aus hohen Datenübertragungsraten und schnellen Ladezeiten im 5G-Mobilfunk schafft die Grundlage für eine Vielzahl innovativer Technologien und neuer Einsatzmöglichkeiten in unterschiedlichen Branchen. Diese können in drei Anwendungsbereiche unterteilt werden:

• Erweiterte mobile Breitbandverbindung (eMBB):

eMBB konzentriert sich auf die Verbesserung der mobilen Breitbandkommunikation und kommt in den Bereichen zum Einsatz, die eine starke, zuverlässige und flächendeckende Breitbandverbindung erfordern. Beispiele hierfür sind Streaming, Virtual und Augmented Reality, Cloud Gaming und der schnelle Download großer Dateien.

• Massive Machine Type Communications (mMTC):

mMTC zielt darauf ab, eine große Anzahl von Geräten im Internet auf engem Raum zu vernetzen und eine zuverlässige Kommunikation mit und zwischen den Geräten zu gewährleisten. Typische Anwendungen finden sich in Smart Cities oder in der Industrie, in denen eine Vielzahl von Sensoren und Geräten miteinander kommunizieren müssen.

• Ultra-Reliable Low Latency Communications (uRLLC):

uRLLC konzentriert sich auf die Bereitstellung sehr kurzer Latenzzeiten bei hoher Ausfallsicherheit und Zuverlässigkeit in der Kommunikation. Während sich dies bei dir in kurzen Ladezeiten bei Spielen zeigt, ist dieser Anwendungsbereich insbesondere auch für das autonome Fahren, in der Industrieautomatisierung oder bei ferngesteuerten chirurgischen Eingriffen von entscheidender Bedeutung.