Smart City ausgestattet mit 5G-Technologie

Die Revolution im Mobilfunk

Was ist 5G?

Bei dem Standard 5G handelt es sich um die fünfte Generation im Mobilfunk mit der Funkschnittstelle New Radio (NR). Die Technologie wird seit 2019 stetig ausgebaut und ist der zukunftsweisende Nach­folger des 4G (LTE). 5G setzt neue Maßstäbe und gewährleistet durch höchste Verfügbarkeit und beste Bandbreiten eine hochperformante Nutzung von Echtzeitanwendungen wie Videostreaming oder Augmented Reality. Mit derzeit unübertroffener Geschwindigkeit bei niedrigsten Latenzen ist der 5G-Standard ideal für Umgebungen mit einer hohen Nutzerdichte.

Wie funktioniert Mobilfunk?

Im Mobilfunk transportieren hochfrequente, elektromagnetische Wellen Datenpakete von den Antennen bzw. Funkzellen zu den Empfängern.
Die Frequenz beschreibt die Anzahl dieser Wellen pro Sekunde. Die Bandbreite gibt hingegen Auskunft über die verfügbare Intervallbreite innerhalb eines Frequenzspektrums.

Je niedriger die Frequenz ist, desto höhere Reichweiten bzw. Zellgrößen können erzielt werden. Der Datendurchsatz ist allerdings in diesem unteren Frequenzband auf Grund der nur noch wenigen freien Kanalbandbreiten stark limitiert. Ein solches Netz eignet sich daher für die Versorgung in weitflächigen Gebieten mit nur geringem Anspruch an den Datendurchsatz.

Umgekehrt verhält es sich bei Netzen, die einer hohen Nutzerdichte gerecht werden: Durch die Nutzung höherer Frequenzen stehen größere Kanalbandbreiten zur Verfügung, die eine schnellere Übertragung von großen Datenmengen ermöglichen und dadurch die Leistung verbessern. Neben großen Mobilfunkantennen werden zum Ausgleich der geringeren Funkwellenreichweite auch Kleinzellen (Small Cells) als Basisstationen verwendet. Die höheren Frequenzen, die ausschließlich für 5G vorgesehen sind, eignen sich daher hauptsächlich für den Betrieb in Städten und anderen Ballungsgebieten.

Lesen Sie hierzu gerne mehr in unserem   Whitepaper: 5G – Mobilfunk der Zukunft!

Darstellung der Frequenzen bei 4G
Darstellung der Frequenzen bei 5G

Was sind die Vorteile von 5G gegenüber 4G?

Größere Frequenzbereiche

Das breite Spektrum von 5G nutzt – aufgeteilt in zwei Frequenzbereiche – sowohl die Vorteile von kurz- als auch langwelligen Funkwellen.
Analog zu den Vorgängerstandards kommen für 5G in Deutschland daher Frequenzen mit hoher Reichweite zwischen 700 MHz und 2,6 GHz, sogenannte Zentimeterwellen, zum Einsatz. Zusätzlich dazu steht für 5G seit 2019 das Frequenzband von 3,4 bis 3,8 GHz zur Verfügung. Zusammengefasst stellen diese Frequenzen den FR1 (Frequency Range 1) dar und werden auch als Sub-6 GHz-Bereich bezeichnet.

Neu ist, dass für 5G-Netze auch der Frequenzbereich oberhalb von 24 GHz geplant ist (FR2), um dem Anspruch nach hohen Datenraten gerecht zu werden. Dieser Millimeterwellenbereich (mmWaves) wird in Deutschland – anders als in anderen europäischen Ländern – allerdings erst in einigen Jahren zur Verfügung stehen.

Übersicht genutzter 5G-Frequenzbereiche in Deutschland

Höhere Geschwindigkeiten

Die erhöhte Bandbreiteneffizienz von 5G ermöglicht im Gegensatz zu den Vorgängerstandards deutlich schnelleres Up- und Downloaden im theoretisch zweistelligen Gigabit-Tempo*. Im Vergleich von 4G zu 5G können in jedem Fall vielfach schnellere Ladezeiten erreicht werden. Dabei sorgt eine Frequenz- bzw. Kanalbündelung, die auch schon beim LTE-A ("Advanced") eingesetzt wird, für die Nutzung eines größeren Spektrums. Mithilfe der Kanalbündelung mehrerer kleiner Frequenzblöcke (Carrier) eines Netzbetreibers entstehen so größere virtuelle Frequenzbänder, die die zur Verfügung stehenden Datenraten pro Empfangsgerät zusammengefasst erhöhen. Das Ganze wird Carrier Aggregation (CA) genannt. Während das Limit pro Carrier bei 4G noch bei 20 MHz lag, profitiert das 5G-Netz von einer angehobenen Grenze von 100 MHz pro Carrier.

Vergleich der Geschwindigkeiten von 4G und 5G

*Hinweis: Es handelt sich hier um Maximalgeschwindigkeiten unter Idealbedingungen, die in der Praxis nicht immer erreicht werden können. Derzeit werden in deutschen 5G-Netzen Datenraten zwischen 50 MBit/s und 1,5 GBit/s in Abhängigkeit von Frequenz, Carrier Aggregation, Kanalbandbreite und Modulation erreicht.

Vergleich der Latenzen von 4G und 5G

Niedrigere Latenzen

Echtzeitübertragung ist mit 5G kein Zukunftsszenario mehr: 5G sorgt mit nur wenigen Millisekunden bis unter einer Millisekunde für minimalste Zeit­verzögerungen (Latenzen) in der Datenübertragung. Durch die Nutzung des 5G-Standards wird so pro übertragener Datenmenge gegenüber älteren Standards Energie gespart und eine höhere Effizienz erreicht.

Vergleich der Kapazitäten von 4G und 5G

Stabilere Kapazität

Leistungsfähige 5G-Zellen können trotz geringerer Reichweite gleichzeitig mehr mobile Empfangsgeräte präziser und schneller als 4G-Antennen versorgen. Die sogenannten Small Cells verdichten vorhandene Antennenstandorte bei besonders hoher Nachfrage weiter, um die Netzwerkkapazität zu erhöhen und Netz­überlastungen bei Großveranstaltungen oder in Bahnhöfen, Flughäfen und Innenstädten zuverlässig zu verhindern.

Realisiert wird dies durch intelligente Antennen- und Zellensysteme, die 3D-Beamforming verwenden. Im Gegensatz zu passiven Antennen älterer Standards steuern die aktiven 5G-Zellen ihre Signalleistung nach Bedarf zielgerichtet und strahlenförmig. Dadurch werden Randbereiche mit stärkeren Signalen versorgt und eine flexiblere Reaktion auf den jeweiligen Netzbedarf gesichert. So wird nur dann Sendeleistung und damit Strahlung abgerufen, wenn sie benötigt wird.

Vergleich der Antennensysteme von 4G und 5G
Übersicht über die gemeinsame Netzausnutzung von 4G und 5G

Einfachstes Upgrade

Durch Dynamic Spectrum Sharing (DSS) garantieren Antennen die parallele Nutzbarkeit von 4G und 5G: Die verfügbare Bandbreite wird dabei je nach Bedarf einfach aufgeteilt, um Frequenzen besser zu nutzen. Zudem können 4G-Antennen durch Software auf 5G-Sendeleistung aufgerüstet werden. Da der abwärts­kompatible 5G-Standard in der ersten Phase noch als Non-Standalone-Netz (NSA) betrieben wird, werden der 4G- und 5G-Standard ohnehin noch parallel genutzt. Endgeräte sind daher für höchste Zukunftssicherheit sowohl mit einer LTE- als auch einer NR-Basisstation verbunden.

Wie sicher ist 5G?

Verschlüsselte Übertragung mit 5G-Technologie

Die fünfte Mobilfunkgeneration gewährleistet höchste Ausfallsicherheit: Für den Schutz gegen Übertragungsfehler und zur Fehlerkorrektur werden unter anderem lineare Blockcodes, so genannte LDPC-Codes (Low-Density-Parity-Check-Codes), verwendet. Ist eine fehlerfreie Dekodierung beim Empfänger nicht möglich, sorgt eine erneute Übertragung via HARQ-Verfahren (Hybrid Automated Repeat ReQuest) für eine zuverlässige Datenübertragung. Aber auch die Sicherheit der eigenen Daten ist bei 5G höher als noch bei älteren Standards: Die Internationale Mobilfunk-Teilnehmerkennung (IMSI), also die eindeutige Identifizierung mittels SIM-Karte, wird mit 5G erstmals verschlüsselt an den Netzbetreiber übertragen.

Unsere 5G-Produkte

Produktbild LANCOM 1926VAG-5G

High-End-Router für hochperformantes SD-WAN mit 5G sowie zwei VDSL-Super­vectoring-Modems bzw. G.Fast-Modem

Produktbild LANCOM 1900EF-5G

Leistungsstarkes Multi-WAN-VPN-Gateway für SD-WAN mit 5G-Modem für flexible Highspeed-Vernetzung.

Produktbild AirLancer I-360D-5G

Indoor-4G/5G-Rundstrahlantenne
mit 360°-Abstrahlwinkel

Produktbild AirLancer O-360-5G

Outdoor-4G/5G-Rundstrahlantenne
mit 360°-Abstrahlwinkel

Produktbild AirLancer O-360Q-5G

Outdoor-5G-Rundstrahlantenne
mit 360°-Abstrahlwinkel für maximale 5G-Performance

Anwendungsfelder

Der 5G-Standard bietet dank seiner hohen Performance ein breites Anwendungsspektrum, das mit LANCOM Lösungen realisiert werden kann.

5G als Backup von kabelgebundenen Zugängen

Backup von kabelgebundenen Zugängen

Der 5G-Mobilfunk stellt eine zuverlässige und schnelle Absicherung dar, wenn die kabelgebundene Internetleitung unvorhergesehen ausfällt oder nicht stabil ist. In solchen Fällen kann mit 5G direkt auf eine schnelle und zuverlässige 5G-Mobilfunk­verbindung umgestiegen werden, um kostenintensive Ausfallzeiten zu verhindern und höchste Verfügbarkeit zu gewährleisten.

Remote-Mitarbeitende mit 5G-Primärzugang

Primärzugang und Load Balancing

Anders als 4G eignet sich 5G nicht nur für Backup-Szenarien: Dank der niedrigen Latenzen und sehr hohen Durchsatzraten ist der Einsatz von 5G auch zur Last­verteilung und Bandbreitenerweiterung im Netzwerk (Load Balancing) oder als konsistenter und jederzeit verfügbarer Primärzugang für Niederlassungen oder Remote-Mitarbeitende sinnvoll.

Baustelle mit temporären 5G-Zugang

Temporäre Zugänge und mobiler Einsatz

Auch die schnellere und flexiblere Bereitstellung von 5G-Internet gegenüber kabel­gebundenen Internetanschlüssen macht 5G für den zeitlich befristeten Einsatz in temporären Geschäften (Pop-Up Stores) oder Baustellen interessant. Stationäre Breitbandanschlüsse auf 5G-Basis bieten Datenraten im Gigabit-Bereich, auch ohne die aufwändige Installation von physischen Internetleitungen.

Großes Betriebsgelänge ausgestattet mit 5G

Campus-Netze mit Private 5G

Große Betriebsgelände können mit Wi-Fi kaum flächendeckend effizient abgedeckt werden. Hier bieten sich als Erweiterung geschlossene Mobilfunknetze, so genannte Campus-Netze, mit eigener 5G-Infrastruktur an. Dieses „Private 5G“ garantiert einen privaten Zugang mit höchster Kapazität, Verfügbarkeit und Datensicherheit für den geschäftskritischen Datenverkehr.

Ausblick

6G als Zukunft des Mobilfunks

Auch wenn die flächendeckende Nutzung von 5G erst 2025 in Deutschland möglich sein soll, wird bereits seit 2017 an dem Nachfolgestandard 6G geforscht. Dieser soll durch die Nutzung noch höherer Frequenzbereiche mit Datenraten im Terabit-Bereich für ein noch schnelleres und überall verfügbares Nutzungserlebnis mit Latenzen im Mikro­sekundenbereich sorgen. Zum Vergleich: Die 6G-Latenz würde dann einem Tausendstel der 5G-Verzögerung entsprechen. Der dynamische Mobilfunk-Markt sorgt also auch in Zukunft für spannende Entwicklungen mit Potenzial für enorme Leistungs­steigerungen.

Anfrage

Sie möchten mehr über die Technologien von LANCOM erfahren? Wir beraten Sie gerne.

Bild von Daniel Schnakenberg als LANCOM Gruppenleiter für den Vertrieb Deutschland

Ihr Ansprechpartner

Daniel Schnakenberg

Gruppenleiter Vertrieb Deutschland – Innendienst

Telefon: +49 (0)2405 49936 226