6G-Netz: Was der neue Mobilfunk-Standard und 5G-Nachfolger kann
Posted by Julia Werner •
5G, 4G, LTE, 3G und Edge: Was ist das eigentlich?
5G, 4G, LTE, 3G und Edge: Was ist das eigentlich?
Etwa alle zehn Jahre startet eine neue Mobilfunkgeneration. Dem aktuellen Netzstandard 4G folgt bald ein neuer: 5G. 2020 könnte er in Deutschland starten. Aber was ist eigentlich der Unterschied der einzelnen Standards, und was bringt 5G den Verbrauchern?
Mehr zum Thema Digitales
In Zukunft surfen wir mobil zehnmal schneller als heute. Die nächste Mobilfunkgeneration 5G erreicht im Optimalfall Datenraten von bis zu 20 Gbit/s. Das ist die Datenmenge, die innerhalb einer Sekunde maximal übertragen werden kann.
Im Vergleich zu LTE ist das rasend schnell: Dort sind wir im Alltag in der Regel mit 100 Mbit/s unterwegs. Theoretisch sind zwar höhere Geschwindigkeiten möglich, aber im Alltagsbetrieb ist die Datenrate meist geringer. Der Grund: Viele Nutzer müssen sich die verfügbare Bandbreite innerhalb einer Funkzelle teilen.
5G hat noch mehr Potenzial: "Damit sind in Zukunft wahrscheinlich in der Regel 10 Gbit/s oder noch mehr möglich", sagt Volker Held, Head of 5G Development beim finnischen Mobilfunkausrüster Nokia. Das Unternehmen liefert weltweit 5G-Netzkomponenten an die Netzbetreiber.
Die fünfte Mobilfunkgeneration wird in den nächsten Jahren in Deutschland eingeführt. Im Frühjahr 2019 versteigert die Bundesnetzagentur zunächst die Frequenzen. Frühestens 2020 werden die Provider den Dienst starten.
Andere Länder wollen bereits früher an den Start gehen: In den USA ist die Inbetriebnahme erster 5G-Dienste für Ende 2018 oder Anfang 2019 geplant. In Südkorea soll die kommerzielle Nutzung im März 2019 losgehen.
Die Vorteile von 5G
5G wird nicht nur schneller sein als die bisherigen Mobilfunkstandards. Nokia-Experte Held nennt weitere Vorteile des künftigen Standards: Die Latenzzeit liegt nur noch bei einer Millisekunde. Gemeint ist damit die Zeitspanne, mit der ein Datenpaket vom Absender zum Empfänger unterwegs ist.
Außerdem erkenne das 5G-Netz verschiedene Anforderungen von Anwendern und stelle das bereit, was sie gerade benötigten. Beim Video-Streaming brauchen sie etwa eine möglichst gleichbleibende Bandbreite, damit es nicht ruckelt - bei einem Download für eine kurze Zeit eine hohe Datenrate.
Neuartige Dienste mit 5G
"Konsumenten werden auch in der Lage sein, neuartige Dienste in sehr guter und hochauflösender Qualität zu nutzen, etwa Augmented- oder Virtual-Reality-Anwendungen", sagt Held. Auch in vernetzten Autos wird der 5G-Standard eine wichtige Rolle spielen. Wenn diese mit Ampeln oder anderen Verkehrsteilnehmern kommunizieren, brauchen sie sehr zuverlässige Verbindungen mit geringer Latenzzeit.
Ohnehin gilt 5G als Schlüsseltechnologie für die Wirtschaft, insbesondere für das sogenannte "Internet of Things" - also die zunehmende Vernetzung von Gegenständen untereinander und mit dem Internet. Prognosen gehen davon aus, dass es im Jahr 2022 weltweit annähernd 30 Milliarden vernetzte Geräte geben wird. Im Jahr 2016 waren es erst rund 16 Milliarden.
5G bietet damit bislang ungeahnte Möglichkeiten und soll den Mobilfunk revolutionieren. Doch LTE und dessen Vorgänger UMTS werden damit nicht abgeschafft. Der neue Standard wird auf bestehende Netze aufgesetzt. Wenn keine 5G-Verbindung verfügbar ist, surft der Nutzer mit LTE. So ist es bislang auch: Die vierte Mobilfunkgeneration 4G ist nicht überall vorhanden. Smartphones wählen sich dann automatisch ins 3G- oder sogar ins 2G-Netz ein.
Denn auch wenige Jahre vor der Einführung von 5G sind 3G- und 2G-Netze weiterhin in Betrieb. Wir erklären, welche Geschwindigkeiten diese Standards erreichen und welche Vorteile sie haben.
4G: Das schnellste mobile Internet bisher
2010 startete die vierte Mobilfunkgeneration 4G. Sie setzt auf der UMTS-Infrastruktur auf und erreichte mit dem Standard LTE zunächst eine Bandbreite von 50, dann von 100 Mbit/s. Bei der Bandbreite ist üblicherweise der Downstream gemeint: Er bezeichnet die Datenübertragung aus dem Internet zum Endgerät, hierüber laufen also auch Downloads. Über Upstreams erfolgen umgekehrt Uploads, also vom Endgerät ins Internet.
Mit der Ausbaustufe LTE Advanced oder LTE+ sind seit 2015 theoretisch noch schnellere Übertragungsraten möglich. In der Praxis werden die Geschwindigkeiten allerdings selten erreicht.
LTE hat weitere Nachteile: Der Standard ist nicht überall vorhanden. Die Telekom erreicht theoretisch eine Abdeckung von 98 Prozent, bei O2 sind es laut einem Vergleich des Portals Allnetflatrate 66 Prozent.
3G: Mit UMTS wird das Internet in Städten schneller
2004 begann der Ausbau des UMTS-Netzes - allerdings vorwiegend in Großstädten. Das war der Startschuss für die dritte Mobilfunkgeneration 3G. Mit dem Standard UMTS konnten deutlich höhere Datenraten erzielt werden: Sie lagen bei bis zu 384 Kbit/s. Möglich machte das eine neue Funkzugriffstechnik, die das parallele Senden und Empfangen mehrerer Datenströme ermöglichte. Damit waren auch Videotelefonate und andere datenintensivere Anwendungen möglich.
2006 wurde UMTS erweitert, die Ausbaustufen heißen HSPA und HSPA+: Erstmals lag die Bandbreite damit im Mbit-Bereich. Mit HSPA+ sind theoretisch etwa bis zu 42 Mbit/s möglich. Auch wenn die Einführung von 3G schon einige Jahre her ist, verschwunden ist der Standard bis heute nicht, ebenso wenig wie 2G.
2G: Erstmals werden Datenübertragungen möglich
Das 1992 eingeführte D-Netz ist die zweite Generation, auch 2G genannt. Der Verbindungsaufbau erfolgte erstmals digital und nicht mehr analog. Neben Telefonaten waren damit erstmals auch Datenübertragungen möglich. In jeder Mobilfunkgeneration seit 2G gibt es einen oder mehrere Mobilfunkstandards, also die Technik, mit der die Daten im Netz übertragen werden.
Zu 2G gehören die nacheinander entwickelten Standards GSM (1992), GPRS (2001) und EDGE (2006). Während mit GSM eine Bandbreite von bis zu 14,4 Kbit/s erreicht wurde, stieg sie bei GPRS auf 55 Kbit/s. Der Grund: Mehrere GSM-Kanäle wurden gebündelt, so wurde die schnellere Vermittlung im Paket möglich.
Der Standard EDGE ist die Weiterentwicklung von GSM. Dank eines neuen Verfahrens erreichten Nutzer theoretisch Bandbreiten von bis zu 220 Kbit/s. EDGE gilt als deutlich stabiler als GSM und GPRS, zum Beispiel bei Downloads. Das erste iPhone, das 2007 auf den Markt kam, nutzte EDGE. Der Standard basiert noch auf GSM, war aber schon ein Zwischenschritt zum deutlich schnelleren UMTS. In einigen ländlichen Gegenden Deutschlands ist EDGE bis heute der einzige Mobilfunkstandard, weil der Netzausbau mit UMTS und LTE dort noch nicht erfolgte.
Surfen mit EDGE ist sehr langsam: Es ist zwar möglich, E-Mails und Nachrichten per Whatsapp zu schreiben und zu googeln. Aber Webseiten bauen sich im Schneckentempo auf, die Übertragung bei Videos bricht immer wieder ab.
1G: Die analoge Generation
Die erste Generation der Mobilfunknetze bestand aus mehreren Netzen: A, B und C. Das A-Netz startete schon 1958 und war analog. Die Verbindungen mussten noch per Hand vermittelt werden. Auch das B- und C-Netz von 1972 und 1986 waren noch analog – und sie waren alle nur für Sprachverbindungen ausgelegt.
Verwendete Quellen:
Bundesnetzagentur
Interview mit Volker Held, Head of 5G Market Development beim finnischen Mobilfunkausrüster Nokia
Informationszentrum Mobilfunk
Portal Allnetflatrate
Transparenzhinweis: WEB.DE und GMX sind Teil der United Internet AG, die sich möglicherweise an der Auktion zur Vergabe der Frequenzen für den neuen Mobilfunkstandard 5G beteiligen wird.
Der 5G-Standard | Deutschland spricht über 5G
Ein Alltag ohne Smartphone – für viele Menschen undenkbar. Der neue Mobilfunkstandard 5G eröffnet viele Möglichkeiten. Doch was unterscheidet die neue Generation von den Vorgängerinnen?
5G ist eine konsequente Weiterentwicklung der bisherigen Mobilfunkstandards GSM (2G), UMTS (3G) und LTE (4G). Der 5G-Mobilfunk ist eine Schlüsseltechnologie für den digitalen Wandel. Dies gilt insbesondere im Bereich der industriellen Produktion, dem Internet der Dinge (englisch: Internet of Things, IoT), aber auch für die Mobilität, die Landwirtschaft, die Gesundheitsversorgung und viele andere Lebensbereiche.
Jede Mobilfunkgeneration hat die Nutzung und die Anforderungen auf eine neue Ebene gehoben. Auch der neue Mobilfunkstandard 5G bringt gegenüber den bisherigen Generationen viele Neuerungen mit sich. Ein wesentlicher Unterschied der neuen Mobilfunkgeneration ist die sogenannte Latenzzeit. Für 5G gilt die Anforderung, ein 32-Byte-Datenpaket in 1 Millisekunde bei ungefährer Lichtgeschwindigkeit mit einer bestimmten Zuverlässigkeit zwischen zwei Punkten zu übertragen.
Die Latenzzeit von 5G ist hauptsächlich im industriellen Bereich entscheidend, um Industrieanlagen zu steuern. Hier müssen Maschinen unverzüglich den Steuerungsbefehl von einer Leitwarte aus ausführen, etwa wenn es um einen lebensnotwendigen Not-Aus geht.
Für den Privatkunden hat diese strenge Zeitanforderung den Vorteil, dass mit nahezu Lichtgeschwindigkeit und immer breiteren Funkkanälen erheblich mehr Daten übertragen werden können. Der neue Mobilfunkstandard eröffnet so mit großen Kanalbandbreiten neue Möglichkeiten für Wirtschaft und Gesellschaft: automatisiertes Fahren, das Nutzen der erweiterten Realität (Augmented Reality, kurz AR) und das Internet der Dinge.
Die heutigen Mobilfunknetze orientieren sich hauptsächlich an den Wünschen der Nutzer. Sie wollen
• Netze mit extrem kleinen Latenzzeiten und hoher Zuverlässigkeit oder
• Netze mit einer großen Zahl von Geräten oder Maschinen.
Der 5G-Ausbau setzt hierfür auf aktive Mehrantennensysteme (Massive Multiple Input Multiple Output (MiMo)). MiMo ermöglichen das Nutzen mehrerer Sende- und Empfangsantennen in einem Antennengehäuse zur drahtlosen Kommunikation. So lassen sich die Datenraten erhöhen und auch die Zuverlässigkeit steigt.
Durch das sogenannte Beamforming erhalten Nutzerinnen und Nutzer von 5G eine gezielte Versorgung mit Mobilfunk. Eine 5G-Sendeantenne mit dieser Technik richtet die Funkwelle gezielter auf jene Punkte aus, an denen sich Nutzerinnen und Nutzer befinden. Das Beamforming gewährleistet unter anderem, dass mehrere Nutzerinnen und Nutzer gleichzeitig Daten herunterladen, ohne dabei die Datenrate der anderen Nutzerin oder des anderen Nutzers zu reduzieren.
Das wird möglich durch eine aktive, nutzerorientierte Antennentechnik. Bisherige Mobilfunkgenerationen nutzen hauptsächlich passive Antennen. Sie senden Signale sektorbezogen – orientieren sich also nicht flexibel an der tatsächlichen Nutzung. Beim Beamforming wird der „Beam“ in Wechselwirkung mit dem Endgerät – etwa einem Handy – automatisch so angepasst, dass eine optimale Verbindung zustande kommt.
5G ist ein Multitalent: Es kann die unterschiedlichen Belange der Nutzerinnen und Nutzer jeweils optimal bedienen. Möglich macht dies das sogenannte Network Slicing. Das englische Wort „slice“ bedeutet Scheibe. Durch diese Technik können in einem 5G-Netz mehrere „virtuelle“ Netze parallel betrieben werden – ein Netz teilt sich sozusagen in mehrere Scheiben auf. Damit lassen sich die Latenz, die Höhe der Zuverlässigkeit sowie die Höhe der Datenraten passgenau an die speziellen Anforderungen der Nutzerinnen und Nutzer anpassen. So werden in einem Netzwerk beispielsweise große Datenmengen übertragen, während ein anderes für geringe Verzögerungen in der Kommunikation zwischen Maschinen sorgt.
Erinnern Sie sich an die Zeit vor dem Mobilfunk? Eine Zeit ohne mobiles Telefonieren, ohne Messenger-Dienste, ohne Navigation oder Musik-Streaming? Ein Alltag ohne Smartphone – das ist für die meisten Menschen kaum noch vorstellbar. Die Geschichte des Mobilfunks in Deutschland reicht bis in das Jahr 1918 zurück. Damals testete die deutsche Reichsbahn Möglichkeiten zur mobilen Telefonie und machte diese 1926 auf der Strecke Hamburg–Berlin möglich.
Das erste nationale Mobilfunknetz (A-Netz) startete 1958. Weitere analoge Mobilfunknetze der ersten Generation folgten 1972 (B-Netz) und 1985 (C-Netz). Mit dem Start des D-Netzes als erstem Mobilfunknetz der zweiten Generation 1992 wurde der breiten Bevölkerung erstmals der Zugang zur digitalen Kommunikation ermöglicht. Acht Jahre später gab es mehr als 48 Millionen Mobilfunkanschlüsse.
Mit der Jahrtausendwende wurde das letzte Netz der ersten Mobilfunkgeneration abgeschaltet und das UMTS-Netz (3G) auf den Markt gebracht. Diese Version machte viele multimediale Funktionen wie das Abspielen von Musik und Videos per Smartphone oder mobiles Surfen möglich. Außerdem erhöhte 3G die Datenübertragungsrate. Die vierte Mobilfunkgeneration 4G – auch LTE (Long Term Evolution) bezeichnet – wurde 2006 erstmals in Hongkong präsentiert. Seit 2010 erweitert LTE in Deutschland das UMTS-Netz. Das macht sich im Vergleich zur Vorgängergeneration 3G vor allem in der Geschwindigkeit der Datenübertragung bemerkbar, sodass insbesondere auch Downloads schneller sind.
Die Infrastruktur des LTE-Mobilfunkstandards ist heute die Basis für den 5G-Ausbau, da die bisher verfügbare 5G-Technik weitgehend noch ein vorhandenes 4G-Netz zum Aufbau der Verbindung benötigt. Das Ziel ist daher auch eine flächendeckende Mobilfunkversorgung mit LTE, die die Grundlage dafür schafft, dass Deutschland in den nächsten Jahren auch bei 5G eine Spitzenposition einnimmt.
6G-Netz: Was der neue Mobilfunk-Standard und 5G-Nachfolger kann
Die größten Unterschiede zu 5G: Neben einer immensen Leistungs-Steigerung soll 6G die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine verbessern. Aber auch Innovationen wie etwa die Darstellung von Hologrammen ermöglichen.
Bislang wurde in Tests eine Datenrate von bis zu einem Terabit pro Sekunde erreicht. Damit lassen sich zum Beispiel alle 73 Folgen von "Game of Thrones" auf einen Schlag in HD-Qualität herunterladen.
Auch die Latenz, also die Wartezeit zwischen Daten senden und empfangen, soll mit angepeilten 100 Mikrosekunden etwa 10-mal schneller werden als mit 5G. Dazu wird die Übertragung in Echtzeit verbessert. Zum Vergleich: 5G ist mit einer Millisekunde bereits schneller als ein Wimpernschlag, der zwischen 300 und 400 Millisekunden andauert.
Tagged: