5G – Gründe, Vorteile, Funktionsweise

5G bezieht sich auf die fünfte Generation von Mobilfunknetzen mit signifikant verbesserter Bandbreite und Latenz. Dadurch werden Services ermöglicht, die in älteren Netzen ausgeschlossen waren. 5G wurde entwickelt, um vorhandene 4G LTE-Mobilfunknetze zu erweitern oder sogar vollständig zu ersetzen. Jede Generation wird durch verschiedene Faktoren definiert, zum Beispiel: durch die verwendete Technologie, die Zeitspanne zwischen dem Senden und Empfangen eines Signals (Latenz) und die Geschwindigkeit der Datenübertragung über ein Netzwerk an verbundene Geräte. 5G-Netzwerke versprechen Gigabit-Geschwindigkeiten – oder Datenübertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 10 Gbit/s. Der 5G-Service reduziert außerdem die Latenz erheblich und kann auch für eine Netzabdeckung in dünn besiedelten Gebieten sorgen. 

5G ist jedoch eher ein Blueprint, da die zugrunde liegende Infrastruktur bis 2021 auf eine kleine Anzahl von Gebieten beschränkt ist. Doch das wird sich voraussichtlich schnell ändern. Südkorea hat bereits einen landesweiten 5G-Rollout durchgeführt, und Japan plant, die Integration vor der Ausrichtung der Olympischen Spiele abzuschließen. Die Federal Communications Commission (FCC) der Vereinigten Staaten und andere Länder und Regionen, wie Australien, China und Europa, arbeiten mit regionalen Service-Anbietern zusammen, um die Abdeckung des 5G-Netzes zu erweitern.

Weil 4G überfüllt ist. Und Geschwindigkeit ist bedeutender als je zuvor.

Und der ständig steigende Kapazitätsbedarf wird unweigerlich Probleme für Verbraucher, Unternehmen, Regierungen, einfach für alle verursachen. Die Folgen: höhere Latenz, langsame Downloads und eine reduzierte Gesamtleistung. Verbraucher und Unternehmen verlassen sich immer mehr auf vernetzte Geräte und sind daher auf höhere Leistungen angewiesen. Services, die auf funktionierende mobile Daten bauen (Finanzen, Notdienste, Datensicherheit etc.), werden zunehmend Verzögerungen und Ausfälle bei der Übertragung und dem Empfang der Daten verzeichnen.

Mit 5G sollen diese Probleme dank einer Kombination aus verschiedenen Technologien gelöst werden: Hochfrequenz-Funkwellen, Strahlformung und Network Slicing. Dies ermöglicht 5G eine Steigerung der Download-Geschwindigkeit bis zum Zehnfachen im Vergleich zu 4G und eine Verringerung der Latenz auf gerade einmal eine Millisekunde. Darüber hinaus können Slices von 5G-Netzwerken aufgrund ihrer verbesserten Zuverlässigkeit kritischen Diensten zugeordnet werden.

Jedes Unternehmen ist beim Internetzugang auf die Telekommunikationsbranche angewiesen. 5G bietet vielen Unternehmen Vorteile, insbesondere durch Network Slicing (mehr dazu weiter unten): Daten, die für Unterhaltung und Kommunikation verwendet werden, erhalten einen Teil des Netzwerks („Slice"), während kritische Daten einen separaten Slice zugewiesen bekommen. Um diese Modernisierung der Infrastruktur zu realisieren, gibt die Telekommunikationsbranche dem Übergang zu 5G hohe Priorität. Die gegenwärtige 5G-Netzwerktransformation hängt oft von der Virtualisierung von Radio Access Networks (vRAN) ab und setzt zunehmend voraus, dass die Zukunft containerbasiert und cloudnativ ist. RANs verursachen für Telekommunikationsanbieter einen erheblichen Teil der Gesamtkosten eines Netzwerks. Sie führen intensive und komplexe Verarbeitungen durch und werden immer stärker belastet, da die Anzahl von Edge- und 5G-Use Cases für Kunden steigt.

Telekommunikationsanbieter und ISPs können mithilfe der Virtualisierung von Netzwerkfunktionen Netzwerkabläufe vereinfachen und darüber hinaus ihre Flexibilität, Verfügbarkeit und Effizienz verbessern. Gleichzeitig werden immer mehr Geräte und Anwendungen bedient, für die auch eine große Bandbreite erforderlich ist. Dies bedeutet mehr Geschwindigkeit und Flexibilität für Branchen, die auf ISPs angewiesen sind. Und das sind sie alle.

Die zugrunde liegenden Technologien von 5G-Netzwerken sind komplex. Die Mobilfunknetze von heute sind auf große Hochleistungsmasten angewiesen, wenn sie Niederfrequenzsignale (unter 6 GHz) über große Entfernungen senden. Das Problem hierbei ist, dass niedrige Funkfrequenzen Daten nicht schnell genug übertragen können, um die hohen Geschwindigkeiten zu erreichen, die 5G erreichen soll. 

Die Anzahl der verbundenen Geräte nimmt ebenfalls zu, was die Geschwindigkeit noch weiter verlangsamt. Deshalb müssen neue Technologien eingesetzt werden.

Millimeterwellen (mmWaves)

Dies sind Wellen mit sehr hohen Frequenzen (20 bis 100 GHz), die Signale mit unglaublicher Geschwindigkeit übertragen können. Leider sind diese Hochband- und Hochgeschwindigkeitsfrequenzen nicht gut für eine Übertragung über große Entfernungen, um Ecken herum oder durch Wände geeignet. Um diese Hindernisse zu überwinden, werden gewöhnlich Mittelband- und Niederbandfrequenzen verwendet. Durch die Installation von mmWave-Knoten in Sichtlinien können jedoch Wellen mit höherer Frequenz von Punkt zu Punkt übertragen werden und gleichzeitig eine maximale 5G-Funkabdeckung mit geringerer Latenz gewährleisten.

Beamforming

Mobilfunkmasten übertragen Signale in alle Richtungen und verursachen dabei möglicherweise zahlreiche Interferenzen. Beim Beamforming, das mit einer Ampel vergleichbar ist, werden die Signale von Mobilfunkmasten moderiert und zu einem bestimmten Zeitpunkt auf den Datenstrom eines einzelnen Nutzers fokussiert. Sobald die Datenübertragung abgeschlossen ist, wird das Signal für die nächste Nutzeranfrage verwendet. Mit diesen personalisierten Signalen lassen sich Interferenzen zwischen Zellenstandorten weitestgehend vermeiden, was die Datenübertragung schneller und effizienter macht.

Network Slicing

Manche Experten halten diese Technik für das Grundmerkmal von 5G, da Anbieter mit ihr sogenannte virtuelle „Netzwerkscheiben" für spezielle Verwendungszwecke zuweisen können. So könnten z. B. Daten, die für die Unterhaltung, Kommunikation und das Internet verwendet werden, eine dieser Scheiben erhalten, während Machine-to-Machine-Datenübertragungen (eine Kernkomponente des Internet of Things oder IoT) eine andere eigene Scheibe verwenden. Kritische Daten, wie sie beispielsweise für autonome Fahrzeuge, Rettungsdienste und andere wichtige Infrastrukturen benötigt werden, verfügen über einen dedizierten 5G-Zugriff, der von anderen Services nicht verwendet werden kann.