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

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.

Datenübertragung nahezu in Echtzeit

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.

Große Bandbreiten bieten große Möglichkeiten

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.

Mehrantennensysteme steigern Kapazität des Netzes

Die heutigen Mobilfunknetze orientieren sich hauptsächlich an den Wünschen der Nutzer. Sie wollen

• breitbandige Netze mit hohen Datenraten,
• 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.

Beamforming ermöglicht gezielte Versorgung

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.

Individuelle Anforderungen erfüllen – durch Network Slicing

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.

Die Geschichte des Mobilfunks

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.

Links und weiterführende Informationen

1. Informationszentrum Mobilfunk. Wie entwickelte sich der digitale Mobilfunk in Deutschland? [04.08.2020].
2. Telekom Deutschland GmbH. Marion Kessing. LTE: Wie es funktioniert? Was es kann? Wo es verfügbar ist? [05.08.2020].
3. Bundesnetzagentur. Jahresbericht 2019. S. 61. [04.08.2020].
4. 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. [29.07.2020].
5. 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).  Als Antwort der Frage: Was ist 5G und wie unterscheidet sich 5G von den bisherigen Mobilfunkstandards? [23.07.2020].
6. Telekom Deutschland GmbH. Was ist 5G? [05.08.2020].
7. Telekom Deutschland GmbH. Einfach erklärt: Network Slicing. [05.08.2020].
8. Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI). 5G - das Netz der fünften Mobilfunkgeneration. [25.01.2022].
9. Telekom Deutschland GmbH. Faktenblatt Mobilfunk und Gesundheit (2013). [30.07.2020].

Stellen Sie eine Frage oder sagen Sie uns Ihre Meinung

Haben Sie Fragen oder Anregungen? Lassen Sie es uns wissen. Schreiben Sie unseren Expertinnen und Experten oder tauschen Sie sich mit anderen aus.