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5G Standard

Was zeichnet die neuste Generation aus und wie grenzt sie sich zu den Vorgängern ab?


Das Kürzel „5G“ steht für die mittlerweile 5. Generation von Mobilfunktechnik. Die Übertragung von Daten und Sprache über Funk ist bereits über ein viertel Jahrhundert alt und hat sich seit den Anfängen in den 90´ern enorm weiterentwickelt. Wir zeigen in diesem Themenspezial, was den 5G-Standard ausmacht und wie diese Entwicklung verlief.




Was ist am 5G-Standard besser?

Wie bei allen bisherigen Evolutionssprüngen im Mobilfunksektor (siehe folgend), verspricht das neue 5G in erster Linie eine deutlich schnellere Datenübertragung bei gleichzeitig geringerem Energie- und Frequenzbandbreitenbedarf. Zudem sinkt die Reaktionszeit (Latenz) enorm. Darüber hinaus ist der Zukunftsstandard nun speziell für die Kommunikation zwischen Maschinen optimiert: Stichwort M2M, IoT (internet of things) oder Vehicle-to-everything (V2X).


Definition

Hin und wieder werden wir gefragt, wie man 5G „definiert“. Eine direkte Definition des 5G-Standards gibt es leider nicht. Vielmehr handelt es sich, wie wir noch zeigen, um einen Standard, der stetig weiterentwickelt wird und dessen Stufen in sogenannten Release-Versionen festgehalten werden. Dennoch wollen wir uns an einem kurzen Versuch einer Definition für 5G wagen:

Definition: „5G bezeichnet abkürzend die fünfte Mobilfunkgeneration, dessen erste offizielle Standardisierung Mitte 2018 durch die 3GPP im Release 15 erfolgte. Der Begriff umfasst daher alle seit Release 15 implementierten Funktionen fortfolgend, bis zur finalen Definition des nächsten Mobilfunkstandards 6G.“

Von 1G zu 5G: Vorgängerstandards im Überblick

Wie schon erwähnt, reichen die Anfänge des Mobilfunks zurück ins Jahr 1990. Damals diente 2G noch überwiegend zur Übertragung von Sprache. 1992 startete in Deutschland erstmals ein kommerzielles Netz (D1 und D2). Im Gegensatz zu „1G“ erstmals volldigital und nicht mehr analog. Erst etliche Jahre später folgte mit einer Weiterentwicklung (2.5G) der GPRS-Standard, mit dem erstmals auch Daten paketorientiert übermittelt werden konnten. Die Datenübertragungsrate betrug bis zu 64 Kbit/s. Nochmals 5 Jahre später folgte die GSM-Weiterentwicklung EDGE (2.75G) mit einer maximalrate von immerhin 220 Kbit/s. Noch heute dient EDGE als eine Art Backup-Standard in Regionen ohne hinreichende Mobilfunkversorgung mit höheren Mobilfunkstandards.

Zum ersten Durchbruch für mobiles Internet verhalf aber erst das abermals schnellere 3G mit dem bekannten „UMTS“. Im Jahr 2000 investierten die deutschen Mobilfunker satte 50,8 Mrd. Euro für die Betriebslizenzen, ganz unter dem Einfluss der damals aufkeimenden Dot.net Blase an den Finanzmärkten. Mit UMTS konnten immerhin schon 384 Kbit/s übertragen werden. Etwas später folgten wieder Weiterentwicklungen (3.5G) in Form von HSPA (High Speed Packet Access) und HSPA+. Ersteres schaffte bis zu 7,2 MBit/s, was damals schon revolutionär war. Die HSDPA+ (ab 2011) bringt es sogar auf 42 MBit/s.

Evolution von 2G bis 5G

Mit dem Aufkommen immer besserer Smartphones, wuchs natürlich auch der Bedarf nach schnelleren Internetzugängen. Ende 2010 ging hierzulande erstmals der 3G-Nachfolger 4G, besser bekannt als „LTE“, ans Netz. Streng genommen erfüllten aber die ersten Netzen noch nicht die Kriterien des 4G-Standards, so dass Fachleute eigentlich noch von 3.9xG sprechen. Die ersten 4G-Netze und Tarife boten 50-150 Mbit/s. Erst mit dem Aufkommen von LTE-Advanced und Gerätekategorie 6 (CAT6) ist offiziell auch von „LTE“ die Rede. Hier konnten dann schon gut 300 MBit übertragen werden. Erstmals kommt dabei auch das wichtige Verfahren des Carrier Aggregation zum Einsatz, wo mehrere auch nicht direkt benachbarte, Funkfrequenzbänder kombiniert werden können. Weiterentwicklungen von LTE-Advanced, also LTE Advanced Pro (4.5G) bis Kategorie 24 ermöglichen sogar theoretisch Datenraten über 1 GBit/s.

Der neuste Standard ist 5G – erste Netze gingen bereits Anfangs 2019 online. Deutschland folgte im Sommer des gleichen Jahres. Die nunmehr 5. Generation zielt auch noch höhere Datenraten (bis theoretisch 20 GBit/s) und niedrigere Latenzen (bis zu 1 Millisekunde). Zudem sollen mit 5G bald Milliarden von Endgeräten und Sensoren vernetzbar werden, z.B. für das „Internet der Dinge“ oder autonome Fahrzeuge. Auch beim 5. Funkstandard wird die Entwicklung wieder Schritt für Schritt voran gehen. Von den theoretisch möglichen Übertragungsraten sind heutige Netze noch weit entfernt. Aktuell kann man mit 5G ungefähr 1 GBit/s erzielen, bald schon dürften aber 2-5 GBit möglich sein.


Performance im Vergleich

Wie schnell der neue Standard im Vergleich ist, zeigt anschaulich die folgende Grafik. Hier wurden die maximalen Datenraten der einzelnen Entwicklungstandards von 2G bis 5G abgetragen und gegenüber gestellt. Die anschließend folgende Tabelle fasst diese Zahlen noch einmal zusammen.


Datenübertragungsrate von 5G im Vergleich | Infografik 5G-Anbieter.info

Standard Mobilfunktechnik Datenrate bis maximal
1G analog keine
2G GSM 9,6 Kbit/s
2.5G GPRS 64 Kbit/s
2.75G EDGE 220 Kbit/s
3G UMTS 384 Kbit/s
3.5G HSDPA 7,2 MBit/s
3.5G HSDPA+ 42,2 MBit/s
3.9xG LTE bis CAT4 bis 150 MBit/s
4G (offiziell) LTE-Advanced ab CAT 6 300 MBit/s
4.5G LTE-Advanced Pro (ab CAT11) 600 - 1000 MBit
(theoretish auch mehr)
5G 5G NR zunächst ~ 1000 MBit
5G 5G NR Stand alone (künftig) ~ bis ca. 20 Gbit/s


Standardisierung von 5G im Werdegang

Die Spezifizierung von 5G erfolgte natürlich nicht innerhalb weniger Wochen. Wer sich für die Historie interessiert, findet hier einen ausführlichen Abriss.

Zudem gibt es wie schon bei LTE nicht „das 5G“, sondern bestimmte Entwicklungsstufen und stetige Weiterentwicklungen. Dem ersten von 3GPP final ratifizierten 5G-Standard (5G Release 15 Non-Standalone) im Ende 2017, gingen jahrelange Forschungen voraus. Mitte 2018 folgte die erstmals als „echt“ zu bezeichnende Version, nämlich „5G Release 15 inklusive Standalone“, kurz 5G SA. Im Gegensatz zu non-standalone (5G NSA) wird hier nicht auf bestehende, alte 4G-Netze aufgesetzt. Die neuste Entwicklung des 5G-Standards, also Release 16, wird ab 2020 erwartet.

Anwendungen für den 5G-Standard

Während LTE primär dafür entwickelt wurde, das mobile Internet für Privatnutzer schneller zu machen und die Qualität der Telefonie zu verbessern (VoLTE), zielt 5G diesmal gleich auf mehrere Einsatzszenarien. Einerseits profitieren natürlich Sie als Kunde wie schon erwähnt von deutlich höheren Datenrate und flotteren Reaktionszeiten. 5G ist aber besonders für Wirtschaft und Industrie als allumfassende Kommunikationslösung interessant. Der Standard ist so ausgelegt, dass er entweder höhere Datenraten liefern kann oder aber z.B. zuverlässig kritische Infrastrukturen und Dienste steuern. Etwa Drohnen für Rettungseinsätze, autonome Fahrzeuge oder Maschinen die untereinander kommunizieren und sich steuern. Etwa in der Logistik oder Produktion. Mehr zu möglichen Anwendungen mit 5G, erfahren Sie hier.

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/5G
https://www.3gpp.org/