LTE vs. 5G (Teil 4): Reichweiten – ENQT
Posted by Julia Werner •
LTE und 4G: Das sind die Unterschiede
GPRS, 3G, H, 4G und LTE steht zuweilen auf dem Display des Smartphones. Nutzer bemerken je nach Anzeige Unterschiede bei der Nutzung. 3G oder H waren die Einblendungen für den UMTS-Standard. Erscheint GPRS, G oder ein E in der oberen Displayecke kann von Geschwindigkeit fast keine Rede mehr sein. Bei 4G oder LTE in der Anzeige ist jedoch kaum ein Unterschied beim Surfen zu erkennen. Die iPhones von Apple neigen dazu, den Begriff LTE anstatt 4G anzuzeigen, während Android-Modelle eher zur 4G-Beschreibung greifen.
So entsteht der Eindruck, dass die Abkürzungen lediglich Synonyme füreinander sind und dasselbe bedeuten. Die Werbung der Mobilfunkanbieter unterstützt diese Fehlwahrnehmung zusätzlich, denn zwischen LTE und 4G wird dort kaum unterschieden. Doch es ist etwas anders – zumindest wenn man es genau nimmt. In der Praxis unterscheidet der Volksmund nicht mehr zwischen LTE und 4G. Du kannst also davon ausgehen, dass jeweils das gleiche gemeint ist.
Was ist der 4G Mobilfunk-Standard?
4G ist die Bezeichnung für den Mobilfunk-Standard. Das “G“ steht dabei für die Generation, während die Ziffer lediglich die Reihenfolge der Agenda beschreibt. Somit ist 4G die vierte Generation des Mobilfunkstandards, die nach der dritten, inzwischen veralteten Generation 3G entstand. 4G wird zukünftig auf 5G erweitert. Die Rahmenbedingungen und Kriterien für den Mobilfunkstandard werden international festgelegt. 4G kann auch als “International Mobile Telecommunications-Advanced“ bezeichnet werden und wurde 2012 auf der Weltfunkkonferenz in Genf beschlossen. Die maximale Verbindungsgeschwindigkeit in der vierten Generation des Mobilfunks beträgt 1.000 Mbit/s und die maximale Downloadgeschwindigkeit liegt bei 300 Mbit/s.
Was ist LTE?
Lange Zeit gab es LTE nur bei den Netzbetreibern Deutsche Telekom, Vodafone und Telefónica Deutschland. Doch im Zuge der UMTS-Abschaltung haben auch Discount-Tarifanbieter wie zum Beispiel Congstar die Nutzung des LTE-Netzes freigegeben. Doch was verbirgt sich hinter dem Kürzel LTE?
LTE ist einen Mobilfunktechnologie und steht für “Long Term Evolution“. Die maximale Downloadgeschwindigkeit von LTE lag zunächst bei 100 Mbit/s, die Upload-Geschwindigkeit beläuft sich auf 50 Mbit/s. Dazu benötigt die LTE-Technik eine Frequenzbreite von 20 MHz. LTE ist derzeit die schnellste Geschwindigkeitsübertragung. Zudem ermöglicht die LTE-Geschwindigkeit sogenanntes Voice over LTE (VoLTE). Damit ist das Telefonieren über das LTE-Netz und streng genommen über das Internet gemeint, was heutzutage schon Einzug in den Alltag genommen hat, etwa über Anwendungen wie WhatsApp, Skype und den Facebook Messanger. LTE bietet im Vergleich zu älteren Techniken eine höhere Spektrums-Effizienz, dass bedeutet es entstehen geringe Kosten pro verbrauchtem Datenvolumen.
LTE Advanced
Doch das ist längst nicht alles: Die LTE-Technik bekam quasi schon ein Update, namens LTE Advanced. Es wird teilweise auch als LTE-A oder LTE+ bezeichnet. Long-Term-Evolution-Advanced, die Erweiterung und Verbesserung des klassischen LTE, erreicht höhere Bandbreiten. Im Downloadbereich stehen beim LTE+ Geschwindigkeiten von 100 bis 4.000 Mbit/s und im Upload bis zu 1.000 Mbit/s bereit. Auch die Latenzzeiten, also die Verzögerungen, sind bei LTE-A geringer. Im Jahre 2014 kamen die ersten LTE+-fähigen Geräte auf den Markt, wobei ältere Geräte per Software-Update angepasst wurden.
Was ist der Unterschied zwischen LTE und 4G?
LTE bietet die Technik der schnellen Datenübertragung im mobilen Internet. 4G beschreibt hingegen das Spektrum des Mobilfunkstandards. Genau genommen entspricht die LTE-Geschwindigkeit nicht den Rahmenbedingungen der vierten Generation des Mobilfunks. LTE erreicht bei der Download-Geschwindigkeit einen maximalen Wert von 100 Mbit/s und im Upload bis zu 50 Mbit/s. Eine Voraussetzung für den 4G-Bereich ist ein Datendurchsatz, also die Netto-Datenmenge im Verhältnis zu der Zeit, von 1 GB. Das wird durch die LTE-Technik nicht erreicht, weshalb die International Telecommunications Union LTE als 3.9G klassifiziert. LTE-A oder auch LTE+ erreicht jedoch diesen Standard. Bei LTE und 4G geht es in beiden Fällen um mobiles Internet und die Übertragungsdeschwindigkeiten. 4G setzt den Mobilfunkstandard und definiert die Rahmenbedingungen, während LTE die Technik bereitstellt und nur LTE+ dem Standard von 4G entspricht.
1G bis 4G – Die Geschichte des Mobilfunk-Standards
Telefonieren, das Internet, mobiles Surfen und immer erreichbar sein gehört heutzutage zum Alltag. Doch bei den Anfängen des Mobilfunks war der heutige Standard noch unvorstellbar. Seinerzeit träumten die Menschen nicht einmal von dieser globalen Vernetzung. Zeit, die Geschichte des Mobilfunkstandards bis zur Gegenwart zusammenzufassen.
1G – Der Anfang des Mobilfunks
Der erste Mobilfunkstandard, 1G, startete 1958 mit dem sogenannten A-Netz. Von mobilem Telefonieren konnte damals jedoch nicht die Rede sein, denn es handelte sich um ein analoges Netz bei dem die Verbindungen noch manuell vermittelt wurden. 1972 bis 1994 kam das sogenannte B-Netz, als Nachfolger des A-Netzes zum Einsatz. Die Neuheit am B-Netz war, dass nun die Gesprächspartner selbst wählen und so eine Verbindung vom Telefonnetz in das Funknetz herstellen konnten. Die manuelle Vermittlung war nicht länger notwendig. 1985 kam das C-Netz zum Einsatz zwar handelte es sich immer noch um ein analoges Mobilfunknetz, konnte nun jedoch in Deutschland, Portugal und Südafrika genutzt werden. Heute wechseln die aktiven Funkverbindungen je nach Standort automatisch die Funkzelle, eben diese Funktion kam jedoch erst mit dem C-Netz zum Einsatz. Daher war es besonders beliebt bei Autotelefonen und blieb dort als Standard-Netz bis in die neunziger Jahre aktiv.
2G startete 1991 mit dem sogenannten D-Netz, ein digitales, auf Telefonie optimiertes Mobilfunknetz. Dort kam zum ersten Mal der GSM-Standard (Global System for Mobile) zum Tragen, mit Übertragungsraten von maximal 14,4 Kbit/s. 2001 hatte die GPRS-Technik ihren Auftritt, die Bündelung mehrerer GSM-Kanäle führt zu Übertragungsgeschwindigkeiten von 53,6 Kbit/s und die Technologie Edge aus dem Jahre 2006 ermöglichte bis 220 Kbit/s. Übrigens kam im ersten iPhone die Edge-Bandbreite zum Einsatz und noch heute werben viele Mobilfunkanbieter mit der oftmals gelobten D-Netz-Qualität.
3G – Schon fast modern
Im Jahre 2004 leitet die UMTS-Technik die Ära des 3G-Standards ein. Damit waren bereits Geschwindigkeiten von bis zu 384 Kbit/s möglich. 2006 folgte dann die HSDPA-Technik als UMTS-Erweiterung und die Optimierung HSDPA+. Damit waren Bandbreiten bis zu 42 Mbit/s möglich. Bezeichnet wurde dies dann als 3.5G. Auf den iPhone-Modellen von Apple wurde häufig 3G als mobile Datenverbindung angezeigt. Android-Smartphones hingegen zeigten für 3.5G ein H an. UMTS spielt seit 2021 keine Rolle mehr auf dem deutschen Markt und wurde abgeschaltet.
4G – Die aktuelle Höchstgeschwindigkeit
Die LTE-Technologie ist seit 2012 in Deutschland auf dem Vormarsch. Dazu nutzt LTE die UMTS-Infrastruktur und bündelt die Frequenzbänder. Download-Geschwindigkeiten von bis 50 Mbit/s sind damit möglich. Die Begriffe LTE und 4G werden oft in Zusammenhang verwendet oder sogar als Synonym genutzt, wobei LTE die Anforderungen des 4G-Standards gar nicht erfüllt. Theoretisch passt jedoch LTE+ in den 4G-Mobilfunkstandard. Die Höchstgeschwindigkeiten haben allerdings noch nicht alle Regionen Deutschlands erreicht.
5G – die Zukunft des Mobilfunk-Standards
5G wird künftig den 4G-Mobilfunk-Standard ergänzen beziehungsweise ablösen. Ein großer Zuwachs der Geschwindigkeiten steht an. Mit Übertragungsraten von bis zu 10 Gbit/s wäre 5G theoretisch zehnmal so schnell wie 4G. In der Praxis ging das Netz 2020 mit einigen Sendemasten an den Start, die bis zu 1 Gbit/s lieferten. Doch das ist erst der Anfang.
Warum 5G so viel besser wird als LTE
Der LTE-Nachfolger 5G wird nicht nur schnellere Downloads ermöglichen, auch kleine Datenmengen werden enorm beschleunigt. Davon profitieren vor allem Video-Übertragungen in Echtzeit sowie Onlinespiele.
Der LTE-Nachfolger 5G soll Daten mit 10 Gbit/s herunterladen. Das schafft nicht einmal mein Festnetzanschluss. Doch jeder weiß, dass die Mobilfunktarife auch in Zukunft nicht so viel Datenvolumen enthalten werden, dass sich dauerhaft mit Höchstgeschwindigkeit aus dem mobilen Datennetz saugen ließe. Die neue Technik hat jedoch weitere Vorteile, weshalb ich mir viel davon verspreche.
Streamen wird normal werden
5G gehört zu den Next Generation Mobile Networks (NGMN). Die dritte Generation umfasste UMTS und dessen Erweiterung HSPA. LTE läuft bereits unter dem Namen 4G. Doch weshalb brauchen wir bald einen neuen Mobilfunk-Standard? Ich persönlich habe noch nicht erlebt, dass LTE an seine Grenzen stößt, wenn ich mit Smartphone oder Notebook unterwegs bin.
Das wird sich jedoch bald ändern. Wollt ihr wirklich zuhause einzelne Netflix-Folgen herunterzuladen, um sie offline zu schauen, wenn ihr gerade unterwegs seid? Ihr werdet auch im Mobilfunknetz streamen wollen, Musik allemal. Und der Drang wird noch größer, wenn auch der Unterschied zum heimischen WLAN immer weiter wächst.
Der 5G-Standard soll deshalb Daten mit bis zu 10 Gigabit pro Sekunde (GBit/s) senden können. Das sind 10.000 Mbit/s. In den LTE-Netzen sind derzeit Downloads mit maximal 300 oder 450 Mbit/s möglich. Mit geschickten Erweiterungen wollen die Mobilfunker dies auf Gigabit heraufschrauben. Dann wird aber auch schon von 4.5G gesprochen.
Ein viel dichteres Netz
Ein Problem jedoch bleibt: Auch die fünfte Mobilunkgeneration ist ein Shared Medium. Alle Nutzer in einer Funkzelle teilen sich die Bandbreite. Damit am Ende nicht wieder der gleiche mickrige Datenstrom bei euch ankommt, wird es im 5G-Netz mehr Funkzellen geben. Wieviel mehr, darüber sind sich Netzbetreiber und -ausrüster noch nicht einig.
Das Mobilfunknetz wird in Zukunft also dichter. In einer Funkzelle müsst ihr euch dann mit weniger anderen Nutzern die Bandbreite teilen. Zudem befindet ihr euch dann näher an der Basisstation. Diese wiederum wird mehr Antennen pro Funkzelle nutzen (Massive MIMO, Multiple Input Multiple Output).
Ergänzt wird diese Basis-Infrastruktur durch kleine Funkeinheiten in Fußgängerzonen, sogar auf Lampenmasten, aber auch innerhalb großer Gebäude, wo sonst das Mobilfunksignal nicht hineinreichen würde. Dies alles soll ermöglichen, dass ihr nahezu immer und überall große Datenmengen schnell herunterladen könnt.
Datenverarbeitung in Echtzeit
5G beschleunigt aber nicht nur große Datenmengen, sondern auch die kleinen. Die Laufzeit der Signale soll 40 mal geringer sein als bei LTE. Die sogenannte Latenzzeit soll nur noch wenige Millisekunden betragen – idealerweise sogar unter 1 ms liegen. Damit wären dann auch Video- Übertragungen in Echtzeit über das Mobilfunknetz ansehbar.
Während Netflix immer etwas vorlädt und ein paar Sekunden im Speicher auf Reserve hält, ist dies bei Liveübertragungen wie der Fußball-Bundesliga nicht möglich. Dort stockt dann das Bild oder friert sogar ein, wenn zu viele Datenpakte auf dem Weg verloren gehen. 5G wird hierbei die Bilder flüssiger laufen lassen – sofern der Rest der Infrastruktur mitspielt.
Dabei wird nicht nur das Signal beschleunigt, es soll auch kürzere Wege nehmen. In einem mehr dezentralen 5G-Netz werden nicht mehr alle Daten an zentraler Stelle verarbeitet, dies kann auch schon in der Basisstation geschehen. Edge-Computing wird vor allem dort eingesetzt, wo es um das Verarbeiten von Echtzeitdaten geht – wie beim autonomen Fahren.
Vorfahrt für wichtige Daten
Für wichtige Daten wie diese wird es auch eine eigene Spur im Netz geben – mit eingebauter Vorfahrt. Beim Network Slicing wird für jeden Anwendungsbereich ein eigenes virtuelles Netz erzeugt, das sich nicht nur in der Bandbreite, sondern auch in Zuverlässigkeit und Sicherheit unterscheidet.
Nach meinem Verständnis wird dabei nicht die Netzneutralität ausgehöhlt, denn eine E-Mail von Gmail wird genauso schnell zugestellt werden wie eine von Fastmail, ein Serie von Netflix genauso schnell wie eine von Amazon. Aber die Daten fahrender Autos wie auch auch die Live-Übertragung einer Operation können Vorrang erhalten, da es hier um Menschenleben geht.
5G-Start nicht vor 2025
Bis dahin ist es noch ein weiter Weg. Geplant war, mit den ersten 5G-Netzen schon 2020 zu starten. Jetzt soll es 2025 werden. Zu Beginn werden aber wohl nur die großen Städte und Ballungsräume gut ausgebaut sein. Den Ausbau auf dem Land könnte jedoch das Ziel der neuen Bundesregierung beschleunigen, bis 2025 flächendeckend Gigabit-Internet anzubieten – sogar dort.
Zuerst müssen allerdings neue Lizenzen vergeben werden. 5G wird ein neues Spektrum erhalten, das exklusiv dieser Technik zur Verfügung steht – in mehreren Bereichen zwischen 6 und 300 GHz. Bislang werden Frequenzen zwischen 800 MHz und 2,6 GHz genutzt. Die durch die Umstellung auf DVB-T2 frei gewordenen Frequenzen um 700 MHz werden ebenfalls von 5G genutzt werden.
Wie auch schon bei 4G/LTE wird es in unterschiedlichen Regionen der Welt auch unterschiedliche Frequenzbereiche geben, so dass die ersten 5G-Handys aus China hierzulande eventuell nicht zu gebrauchen sind – oder zumindest nicht in allen möglichen Spektren.
Wer zahlt den Netzausbau?
In Deutschland werden die neuen Frequenzen wieder per Auktion vergeben. Wie es auch ausgeht, optimal ist dies nicht. Sollten die Netzbetreiber im Bieterverfahren die Preise hochtreiben, steht ihnen weniger Geld zum Aufbau der 5G-Netze zur Verfügung.
Da es hierzulande aber nur noch drei Netzbetreiber gibt, die sich mittlerweile auch gut verstehen, könnten die Erlöse viel niedriger ausfallen als bei bisherigen Lizenzversteigerungen. Die Einnahmen sollen jedoch in den Ausbau der Glasfasernetze gesteckt werden und würden dann dort fehlen.
Die Mobilfunker könnten selbst Zuschüsse für den Aufbau ihrer Netze beantragen, da das Gigabit-Ziel der neuen Bundesregierung nur mit ihrer Hilfe zu schaffen ist und die neuen Basisstationen per Glasfaser angebunden werden. Aber ganz klar ist noch nicht, welche Vorgaben es letztlich von Seiten des Ministeriums geben wird.
LTE vs. 5G (Teil 4): Reichweiten – ENQT
Die Versorgung mit der neuen 5G-Mobilfunktechnik nimmt in Deutschland kontinuierlich zu. Mehr und mehr Basisstationen und Funkzellen werden mit schnellem 5G ausgestattet. Parallel sind auch die LTE-Netze (4G) in Betrieb. 5G erlaubt die Nutzung bisher für den Mobilfunk nicht verwendeter Frequenzbereiche. Welche Auswirkungen das auf die Reichweite hat und welche Unterschiede diesbezüglich zwischen LTE und 5G bestehen, erklären wir Ihnen in folgendem Beitrag.
Die Funkfrequenz als wesentlicher Einflussfaktor für die Reichweite
Bevor wir uns konkret um die Reichweiten der 5G- und LTE-Netze kümmern, gehen wir zunächst kurz auf die Abhängigkeit der Reichweite von der verwendeten Funkfrequenz ein. Es gilt der Grundsatz: Je höher die Funkfrequenz und kleiner die Wellenlänge, desto niedriger ist die erzielbare Reichweite. Niedrige Funkfrequenzen mit großen Wellenlängen breiten sich über größere Entfernungen aus und durchdringen Objekte wie Wände besser. Gleichzeitig sinken mit zunehmender Wellenlänge aber die erzielbaren Datenübertragungsraten. Es besteht ein Konflikt bei der Nutzung von Frequenzbändern für Mobilfunknetze: Entweder niedrige Frequenzen mit großer Reichweite und geringen Datenraten (wenige Basisstationen sind notwendig) oder hohe Frequenzen mit geringer Reichweite und großen Datenraten (viele Basisstationen sind notwendig).
LTE-Reichweiten
LTE-Netze funken auf unterschiedlichen Frequenzen. In Deutschland sind dies beispielsweise 800 MHz, 1.800 MHz, 2.100 MHz oder 2.600 MHz. Wie im vorigen Kapitel erklärt, erzielt LTE mit 800 MHz die größte Reichweite. Sie beträgt circa 10 bis 15 Kilometer. Dieses Frequenzband wird daher bevorzugt zur Versorgung ländlicher Regionen eingesetzt. LTE-Funkstationen mit Frequenzen von 2.100 MHz oder 2.600 MHz erreichen in der Regel nach höchstens zwei bis drei Kilometern die maximale Reichweite. Diese Frequenzen verwenden die Netzbetreiber bevorzugt in Städten. Dort ist eine hohe Funkzellendichte notwendig, da viele Menschen mit Mobilfunk versorgt werden müssen.
5G-Reichweiten
Die 5G-Technik stößt in völlig neue Frequenzbereiche vor. Der Mobilfunkstandard erlaubt die Nutzung eines riesigen Frequenzspektrums angefangen von unter einem GHz bis 30 GHz und mehr. 5G mit Funkfrequenzen unter sechs Gigahertz wird als Sub 6 5G bezeichnet. Bei den hohen Frequenzen von 20 GHz und mehr spricht man von Millimeterwellen.
Sub 6 5G nutzt teilweise gleiche Frequenzen wie LTE. Hinzu kommt der unlängst versteigerte 3,6-GHz-Frequenzbereich. Was die Reichweiten angeht, unterscheidet sich Sub 6 5G nur wenig von LTE. Es lassen sich ähnlich große Bereiche mit gleicher Anzahl an Funkmasten und Basisstationen versorgen. Zwar ist der 3,6-GHz-Frequenzbereich deutlich höher als der bisher für LTE verwendete Bereich, doch dank neuer 5G-Techniken wie das Beamforming, das Funkwellen gebündelt und zielgerichtet zum Empfangsgerät sendet, nähert sich die Reichweite den Frequenzen im 2-GHz-Bereich an. Für die Versorgung ländlicher Regionen mit 5G lässt sich das 700-MHz-Band verwenden. Es ermöglicht Reichweiten von 15 bis 20 Kilometern. Allerdings bleibt die Datenrate auf 100 bis 200 Megabit pro Sekunde beschränkt.
Ein völlig anderes Bild zeigt sich bei 5G bei Millimeterwellen. Diese Frequenzbereiche erlauben Datenraten im mehrstelligen Gigabitbereich. Die Reichweite ist jedoch auf wenige hundert Meter begrenzt. Gebäudewände werden nur sehr schlecht durchdrungen, weshalb in vielen Fällen eine Sichtverbindung (Line of Sight) zwischen Funkmast und mobilem Endgerät notwendig ist. Mobilfunkbetreiber sind bei der Nutzung der Millimeterwellen gezwungen, eine Vielzahl von kleinen Funkzellen (Microcells oder Small Cells) zu installieren, teilweise sogar innerhalb von Gebäuden.
Wir arbeiten mit Hochdruck an einer 5G Variante unserer beliebten Netztester. Die Netztester LTE der ENQT GmbH können heute bereits in sämtlichen Ausführungen 2G, 3G und 4G testen und sind bei der Überprüfung eine große Unterstützung . Haben Sie Interesse an Mobilfunkmessungen? Besuchen Sie gerne unseren Shop, schreiben Sie uns eine E-Mail oder rufen Sie uns an +49 40 35 73 20 65! Wir stehen Ihnen gerne zur Verfügung.
Tagged: