Immer wieder bringt die Tech-Welt bahnbrechende Innovationen hervor. Diesmal steht 5G im Mittelpunkt unserer Aufmerksamkeit und wird diese auch noch lange fesseln.

Wie üblich wissen Sie zwar, dass 5G im Trend liegt, aber Sie wissen nicht, was 5G eigentlich ist. Vor allem US-amerikanische Mobilfunkanbieter haben die Verwirrung noch verstärkt. Beispielsweise sorgt die Bezeichnung des 4G-Netzes von AT&T als „5G Evolution“ bei weniger informierten Verbrauchern für Verwirrung. Wenn die Mobilfunkanbieter nicht gerade falsche Informationen verbreiten, langweilen Sie Webseiten mit Fachjargon, und Sie geben das Interesse an 5G auf.

Hier erhalten Sie eine detaillierte Aufschlüsselung dessen, was 5G ist, wie es funktioniert, welche verschiedenen Arten es gibt, welche Mobilfunkanbieter derzeit 5G anbieten und mit welcher Geschwindigkeit, welche Mobilgeräte derzeit 5G nutzen und welche Anwendungsbereiche für 5G bestehen.

Lasst uns beginnen.

Was ist 5G?

5G steht für Mobilfunk der fünften Generation. Es wird erwartet, dass es die derzeitige 4G-LTE-Verbindung ablöst oder zumindest ergänzt. 5G soll zehnmal schnellere Download- und Upload-Geschwindigkeiten sowie eine geringere Kommunikationszeit (Latenz) zwischen Mobilfunknetzen ermöglichen.

Wie funktioniert 5G?

Ähnlich wie andere bestehende Mobilfunknetze nutzen auch 5G-Netze ein System von in Sektoren unterteilten Funkzellen, die kodierte Daten per Funkwellen übertragen. 4G LTE verwendet eine ähnliche Kodierung wie OFDM, das auch in 5G-Netzen zum Einsatz kommt. Die meisten 4G-Kanäle haben eine Bandbreite von 20 MHz, die zu bis zu 160 MHz zusammengefasst werden. 5G-Kanäle hingegen erreichen Bandbreiten von bis zu 100 MHz und sogar 800 MHz (wie beispielsweise bei Verizon). Niedrigere Frequenzen wurden schon immer von 4G, Satellitenbetreibern, Fernsehsendern und sogar dem Militär genutzt, während die höheren Frequenzen größtenteils ungenutzt blieben. 5G-Netze arbeiten mit deutlich kleineren Zellen, die ihre Größe und Form flexibel anpassen können als jedes andere System. Daher benötigen sie intelligentere Methoden, um effizient zu arbeiten. Da höhere Geschwindigkeiten und geringere Latenz die angestrebten Ziele von 5G sind, streben die Standards Geschwindigkeiten von 20 Gbit/s und Latenzzeiten von 1 ms an – ab diesem Punkt wird 5G wirklich interessant.

Im Gegensatz zu LTE nutzt 5G jedoch drei Frequenzbänder.

Das Niedrigbandspektrum – auch 1-GHz-Spektrum genannt – wird hauptsächlich von US-amerikanischen Mobilfunkanbietern für LTE genutzt. Es bietet eine größere Reichweite und bessere Durchdringung von Wänden, die maximale Datenübertragungsrate liegt jedoch bei etwa 100 Mbit/s.

Aktuell steht T-Mobile an der Spitze der Hierarchie der Frequenzspektren im niedrigen Frequenzband, nachdem das Unternehmen 2017 bei einer FCC-Auktion ein 600-MHz-Spektrum erworben hat. Dieses nutzte es, um sein 5G-Netz landesweit aufzubauen.

Das Mittelbandspektrum bietet im Gegensatz zum Niedrigbandspektrum höhere Geschwindigkeiten und geringere Latenz. Ein Nachteil ist jedoch die eingeschränkte Durchdringungsfähigkeit von Gebäuden. Die maximale Datenübertragungsrate beträgt etwa 1 Gbit/s.

Sprint ist der einzige Mobilfunkanbieter in den USA, der über den Großteil des ungenutzten Mittelbandspektrums verfügt. Um die Netzabdeckung und -durchdringung zu verbessern, nutzt Sprint Massive MIMO (dabei werden mehrere Antennen auf einem einzigen Mobilfunkmast zusammengefasst und mehrere gleichzeitige Signale an verschiedene Nutzer gesendet). Berichten zufolge plant Sprint außerdem, Beamforming einzusetzen, um den 5G-Dienst im Mittelbandspektrum zu optimieren. Dabei wird jedem Nutzer in der Zelle ein einzelnes, fokussiertes Signal zugesandt, und die Systeme überwachen die Signale für jeden Nutzer, um deren Konsistenz zu gewährleisten.

Hochbandspektrum – auch als Millimeterwellen bezeichnet. Es bietet zwar die höchste Geschwindigkeit für 5G mit bis zu 10 Gbit/s und sehr geringer Latenz, hat aber eine geringe Reichweite und dringt schlecht durch Wände.

Das Hochfrequenzspektrum basiert auf kleinen Funkzellen (Basisstationen mit geringer Sendeleistung), die begrenzte geografische Gebiete abdecken, aber durch Beamforming die Reichweite verbessern. AT&T, T-Mobile und Verizon nutzen das Hochfrequenzspektrum und bauen damit ihr landesweites 5G-Netz auf, während sie die LTE-Infrastruktur ergänzen.

Dies sind einige der Standards, die von 3GPP in Übereinstimmung mit den IMT-2020-Leistungszielen festgelegt wurden.

Maximale Datenrate: (für Benutzer mit dedizierter Verbindung) bis zu 20 Gbit/s Downlink-Rate und 10 Gbit/s Uplink-Rate pro mobiler Basisstation.

Echtzeitgeschwindigkeit: Dies ist die tatsächliche Geschwindigkeit, die die meisten Benutzer erhalten werden; 100 Mbit/s Downloadgeschwindigkeit und 50 Mbit/s Uploadgeschwindigkeit.

Latenz: Die Latenz ist die Zeit, die Daten benötigen, um von einem Punkt zum anderen zu gelangen. Idealerweise sollte sie 4 ms (4 Millisekunden) betragen, kann aber bis auf 1 Millisekunde sinken.

Effizienz: Die Funkschnittstelle sollte in der Lage sein, innerhalb von 10 ms in einen Energiesparmodus zu wechseln, wenn sie nicht mehr verwendet wird.

Mobilität: Während bei LTE-Netzen eine große Bandbreite an Antennenbewegungen mit sehr hoher Geschwindigkeit problemlos möglich ist, wäre es für das Millimeterwellennetz eine Herausforderung, Basisstationen für das 5G-Netz dazu zu bringen, Bewegungen zwischen 0 und 310 Meilen pro Stunde zu unterstützen.

Spektrale Effizienz: Sie bedeutet die Optimierung der Spektrum- bzw. Bandbreitennutzung, um eine maximale Datenmenge mit minimalen Übertragungsfehlern zu übertragen. 5G wird voraussichtlich mit 30 Bit/Hz im Downlink und 15 Bit/Hz im Uplink verfügbar sein, was eine Verbesserung gegenüber LTE darstellt.

Verbindungsdichte: Es wird erwartet, dass 5G eine Million vernetzte Geräte pro Quadratkilometer unterstützen wird. Dies wäre für zukünftige Entwicklungen im Bereich des Internets der Dinge (IoT) von großer Bedeutung.

Was ist 5G leisten können?

Verbesserung des Breitbandzugangs: Eine der unmittelbaren Anwendungen von 5G ist die Transformation unserer täglichen Interaktion mit Technologie, vor allem aber die Verbesserung des mobilen Breitbandzugangs. Aktuell reicht die Kapazität von 4G nicht aus, um den enormen Datenbedarf zukünftiger Haushalte zu decken. Nutzer in Städten erleben daher während der Stoßzeiten Verlangsamungen. 5G wird mehr Frequenzspektrum in bisher im kommerziellen Breitbandverkehr ungenutzten Frequenzbändern bereitstellen.

Internet der Dinge: Die geringe Latenz und die konstante Geschwindigkeit von 5G werden das Internet der Dinge massiv beeinflussen. Aktuell kommunizieren zwar einige Sensoren miteinander, verbrauchen dabei aber viele Ressourcen und erschöpfen die LTE-Datenkapazität sehr schnell. So werden beispielsweise Augmented und Virtual Reality auf Mobiltelefonen nahtlos integriert und für jeden verfügbar sein. Von zu Hause aus können Sie virtuell durch die Räume gehen und dabei Immobilien besichtigen.

Automatisiertes Fahren: Aktuell werden fahrerlose Autos voraussichtlich als eigenständige Fahrzeuge agieren. Mit dem Ausbau von 5G wird jedoch erwartet, dass zukünftige Generationen automatisierter Fahrzeuge mit anderen Autos und intelligenten Straßen interagieren werden. Stellen Sie sich vor, Autos tauschen in Echtzeit kleine Datenpakete aus. Die Latenz von 1 Millisekunde bei 5G spielt hier eine entscheidende Rolle: Das Datenpaket kann direkt zwischen zwei Autos übertragen werden oder von einem Auto zu einer Funkzelle an einer Laterne und von dort zu einem anderen Auto gelangen – alles innerhalb einer Millisekunde Verarbeitungszeit. All dies dient der Verbesserung der Verkehrssicherheit und der Optimierung des Verkehrsflusses.

Gesundheitswesen: Telemedizin, Fernbehandlung, Präzisionschirurgie, Fernoperationen und Physiotherapie mittels Augmented Reality sind nur einige der Bereiche im Gesundheitswesen, die durch 5G und dessen extrem zuverlässige Kommunikation mit niedriger Latenz (URLLC) maßgeblich beeinflusst werden, um die Latenz weiter zu reduzieren. Massive Machine-Type Communications (mMTC) wird Krankenhäusern zudem helfen, umfangreiche Sensornetzwerke für die Patientenüberwachung und die Verschreibung intelligenter Medikamente aufzubauen.

Wo kann man jetzt 5G empfangen?

Ob Sie 5G nutzen können, hängt aktuell von Ihrem Wohnort ab, da noch nicht alle Gebiete über 5G-Zugang verfügen. Der Ausbau der 5G-Netze wird mehrere Jahre dauern, allerdings bieten alle großen US-Mobilfunkanbieter 5G bereits in einigen Gebieten an.

AT&T: bietet in 16 Städten ein Low-Band-5G-System für alle an und in 21 Städten High-Band-5G-Systeme ausschließlich für Geschäftskunden.

Sprint: Sprint nutzt ein Mittelbandnetz, das 16 Millionen Menschen in neun Ballungsräumen abdeckt. Durch die Fusion mit T-Mobile ist mit einer verbesserten Netzabdeckung zu rechnen.

T-Mobile: T-Mobile betreibt derzeit ein landesweites 5G-Netz im Niedrigfrequenzbereich. Laut T-Mobile sollen bis 2021 über 1,9 Millionen Kunden mit drahtlosem Breitbandanschluss zu Hause von dem 5G-Netz profitieren.

Verizon: Im Wettlauf um die Vorherrschaft im 5G-Netz bot Verizon im Oktober 2018 in Teilen von Houston, Indianapolis, Los Angeles und Sacramento bereits ein vorstandardisiertes, festes 5G-Netz an. Mittlerweile bietet der Anbieter aber auch mobiles 5G an, das in einigen Städten, darunter New York und Los Angeles, verfügbar ist.

Welche 5G-Smartphones kann man aktuell kaufen?

Smartphone-Hersteller haben den 5G-Trend frühzeitig erkannt und bieten ihren Kunden 5G-fähige Smartphones an. Zu diesen Smartphones gehören unter anderem: Samsung Galaxy (Note 10 5G, S10 5G, Fold 5G, A90 5G, S20 5G und S20 5G-Serie), LG V50 ThinQ, Motorola (Moto Z4 mit 5G Moto Mod und Moto Z3 5G Modo Mod), OnePlus (7 Pro 5G und 7T Pro 5G McLaren), Huawei (Mate X und Mate 20 X 5G), Oppo Reno 5G, Xiaomi Mi Mix 3 5G und ZTE (Axon 10 Pro 5G und Nubia X 5G).

Sie sollten mit weiteren Neuigkeiten zum 5G-Netzwerk und den damit verbundenen enormen technologischen Verbesserungen rechnen.