3G, 4G, 5G: Was ist der Unterschied?

Auf 4G folgt 5G: Der neue Mobilfunkstandard eröffnet viele Möglichkeiten und bringt noch schnelleres mobiles Internet. Doch was ist der Unterschied zwischen der fünften Generation und ihren Vorgängerinnen?

5G steht für die fünfte Generation des Mobilfunks und ist eine konsequente Weiterentwicklung der bisherigen Generationen GSM (2G), UMTS (3G) und LTE (4G). Oft werden sie auch als Standards bezeichnet. Jeder neue Mobilfunkstandard hat die Nutzung und die Anforderungen auf ein neues Niveau gehoben. Auch 5G bringt gegenüber seinen Vorgängern entscheidende Neuerungen mit sich, unter anderem höhere Datenübertragungsraten, schnellere Reaktionszeiten und eine höhere Zuverlässigkeit.

Große Bandbreiten bieten große Möglichkeiten

Wir streamen unterwegs Filme, spielen Videospiele oder versenden Bilder und Nachrichten über unser Smartphone: Der mobile Datenverkehr ist in den vergangenen Jahren rasant gewachsen – und steigt weiter an. Die 5G-Technologie bietet die Voraussetzungen, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Zum Vergleich: Während wir beispielsweise mit LTE (also mit 4G) Inhalte mit bis zu 500 Megabit pro Sekunde aus dem Internet herunterladen können, sind im 5G-Netz Geschwindigkeiten von bis zu 10 Gigabit pro Sekunde möglich.

Höhere Bandbreiten sorgen dafür, dass im 5G-Netz deutlich mehr Daten übertragen werden können. Erreicht wird dies unter anderem durch die sogenannte Kanalbündelung (Carrier Aggregation). Diese Technik ermöglicht es, die genutzten Frequenzbereiche eines Netzbetreibers zu bündeln. Jedem Endgerät werden mehrere einzelne Carrier, also Frequenzblöcke, zugewiesen. Auf diese Weise erhöht sich die maximale Datenrate pro Endgerät um die jeweilige Anzahl der zugeteilten Frequenzblöcke. Ebenso erhöht sich die Gesamtdatenrate pro Funkzelle, da die zur Verfügung stehenden Frequenzen besser ausgenutzt werden können. Die Bündelungstechnik kann man sich bildlich wie einen Gartenschlauch vorstellen: Benutzt man nur einen, so hat man beispielsweise einen Wasserdurchfluss von 1 Liter pro Sekunde. Wird ein zweiter angeschlossen, sind es 2 Liter pro Sekunde und so weiter.

Die 5G-Technologie eröffnet damit neue Möglichkeiten für unseren privaten Alltag – aber auch für Wirtschaft und Industrie: Dort kann 5G beispielsweise für automatisierte Produktionsprozesse, intelligente Logistiksysteme oder Augmented- und Virtual-Reality-Technologien eingesetzt werden.

Geringe Latenzzeiten ermöglichen Reaktionen in Echtzeit

Ein weiterer Unterschied zwischen 5G und der vierten Generation ist die geringere Latenzzeit. Mit Latenz bezeichnet man im Mobilfunk die Zeitspanne zwischen dem Senden und Empfangen von Daten. Man spricht auch von Reaktionszeit. Unterschiedlich lange Zeiten führen beispielsweise bei Videogesprächen dazu, dass man sich ungewollt ins Wort fällt, weil die Verbindung etwas hängt. Bei 5G kann die Latenzzeit je nach Netzkonfiguration nur noch 1 Millisekunde betragen. Sie ist dann nicht mehr als Verzögerung wahrnehmbar und entspricht einer Echtzeitkommunikation.

Eine niedrige Latenzzeit ist unter anderem im industriellen Bereich zur Steuerung von Industrieanlagen entscheidend. Hier müssen Maschinen den Steuerbefehl aus einer Leitwarte sofort ausführen, etwa wenn es um einen lebenswichtigen Not-Stopp geht. 5G-Mobilfunk ist damit eine Schlüsseltechnologie für das Internet der Dinge (auf Englisch: Internet of Things, IoT) und die Industrie 4.0, aber auch für Mobilität, Landwirtschaft, Gesundheitswesen und viele andere Lebensbereiche.

Mehrantennensysteme steigern Kapazität des Netzes

Die heutigen Mobilfunknetze orientieren sich vor allem an den Wünschen der Nutzerinnen und Nutzer. Sie wollen:

• große Bandbreiten und hohe Datenraten,
• extrem niedrige Latenzzeiten und eine hohe Zuverlässigkeit sowie
• eine hohe Kapazität für eine Vielzahl von Geräten und Maschinen.

Der 5G-Ausbau setzt dafür auf aktive Mehrantennensysteme (Massive Multiple Input Multiple Output (MiMo)). MiMo ermöglichen die Nutzung mehrerer Sende- und Empfangsantennen in einem Antennengehäuse für die drahtlose Kommunikation. Dadurch können die Datenraten erhöht und die Zuverlässigkeit gesteigert werden. 

Beamforming ermöglicht gezielte Versorgung

5G bringt schnelles mobiles Internet – maßgeschneidert je nach Bedarf. Möglich macht dies die sogenannte Beamforming-Technologie: Eine mit dieser Technologie ausgestattete 5G-Sendeantenne richtet die Funkwellen gezielter auf die Punkte aus, an denen sich die Nutzerinnen und Nutzer aufhalten. So können mehrere Nutzerinnen und Nutzer gleichzeitig Daten herunterladen, ohne dass die Datenrate der anderen reduziert wird.

Dahinter steht eine aktive, nutzerorientierte Antennentechnik. Der Unterschied zu den vorigen Mobilfunkstandards: Diese arbeiten überwiegend mit passiven Antennen. Sie senden die Signale sektorweise aus – passen sich also nicht flexibel an die tatsächliche Nutzung an. Beim Beamforming wird der „Beam“ (Strahl) im Zusammenspiel mit dem Endgerät – zum Beispiel einem Handy – automatisch so angepasst, dass eine optimale Verbindung entsteht.

Network Slicing erfüllt individuelle Anforderungen

5G ist ein Multitalent: Es kann die unterschiedlichen Bedürfnisse der Nutzerinnen und Nutzer jeweils optimal bedienen. Unterstützt wird dies auch durch das sogenannte Network Slicing. Das englische Wort „slice“ bedeutet Scheibe. Mit dieser Technik können in einem 5G-Netz mehrere „virtuelle“ Netze parallel betrieben werden – ein Netz wird sozusagen in mehrere Scheiben aufgeteilt.

Dadurch lassen sich die Latenz, die Zuverlässigkeit und die Höhe der Datenraten genau an die spezifischen Anforderungen der Nutzerinnen und Nutzer anpassen. So können beispielsweise in einem Netzwerk große Datenmengen übertragen werden, während in einem anderen die Kommunikation zwischen Maschinen mit geringer Latenz erfolgt.

Kleinzellen verbessern die Netzabdeckung

Um dem steigenden Datenverkehr gerecht zu werden, kommen im 5G-Netz auch sogenannte Kleinzellen (Small Cells) zum Einsatz. Dabei handelt es sich um kleine Funkanlagen mit deutlich geringerer Sendeleistung. Sie werden dort installiert, wo ein hohes Datenaufkommen zu erwarten ist – zum Beispiel in den Fußgängerzonen von Großstädten. Small Cells ergänzen bestehende Mobilfunkstandorte und sorgen so für eine bessere Netzabdeckung.

Wie hat sich der Mobilfunk entwickelt?

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 UMTS (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 als LTE (Long Term Evolution) bezeichnet – ist seit 2010 in Deutschland verfügbar. Im Vergleich zur Vorgängergeneration 3G bietet diese Generation vor allem mehr Geschwindigkeit in der Datenübertragung, sodass insbesondere auch Downloads schneller sind. 3G ist in Deutschland inzwischen abgeschaltet, um Platz für modernere Technologien wie 5G zu schaffen.

Die Infrastruktur der vierten Generation 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 (4G), die die Grundlage dafür schafft, dass Deutschland auch bei 5G eine Spitzenposition einnimmt.

Links und weiterführende Informationen

1. Telekom Deutschland GmbH. Marion Kessing. LTE: Wie es funktioniert? Was es kann? Wo es verfügbar ist? [05.05.2023].
2. Bundesnetzagentur. Jahresbericht 2019. S. 61. [05.05.2023].
3. Deutscher Bundesrat. Unterrichtung durch die Europäische Kommission. Mitteilung der Kommission an das Europäische Parlament, den Rat, den Europäischen Wirtschafts- und Sozialausschuss und den Ausschuss der Regionen: 5G für Europa- Ein Aktionsplan. [05.05.2023].
4. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (BMUV). Fragen und Antworten zur Einführung der 5G-Mobilfunknetze und den damit in Verbindung stehenden elektromagnetischen Feldern (EMF).  [15.05.2023].
5. Vodafone GmbH. Was ist 5G? Alle Fakten rund ums 5G-Netz. [05.05.2023]
6. Telekom Deutschland GmbH. Was ist 5G? [05.05.2023].
7. Telekom Deutschland GmbH. Einfach erklärt: Network Slicing. [05.05.2023].
8. Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI). 5G - das Netz der fünften Mobilfunkgeneration. [05.05.2023].
9. Deutsche Telekom. Mobilfunk und Gesundheit. [05.05.2023].

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