Die Evolution des Mobilfunks: Welches 5G empfange ich gerade?

Das Handy zeigt "5G" im Display. Was bedeutet das für meine Internetgeschwindigkeit? Ganz einfach: Schnelligkeit und ausreichende Bandbreite. Allerdings gibt es technische Unterschiede. Denn der Ausbau des 5G-Mobilfunks erfolgt mit Hilfe von unterschiedlichen Technologien stufenweise. Auch bestehende LTE-Netze (4G) sind ein wesentlicher Bestandteil.

Im Jahr 2019 zogen Testerinnen und Tester mit ihren Smartphones los. Als die Netzbetreiber ihre ersten 5G-Antennen einschalteten, probierten Technikbegeisterte das neue Netz gleich aus. Einige von ihnen blieben verwundert zurück. Denn eine riesige Datei brauchte weiterhin eher 20 als 2 Sekunden, bis sie heruntergeladen war. Das hat einen Grund: Die 5G-Mobilfunktechnologie entwickelt sich nicht abrupt, sondern in konsequenten Ausbauschritten.

Fachleute sprechen deshalb ungerne von einer Revolution und lieber von einer technischen Evolution. Der 5G-Ausbau ist eng mit den bestehenden LTE-Netzen verkoppelt. Die Netze werden dabei immer mehr verschmelzen – und dann in 5G-Mobilfunknetzen mit immer höheren Geschwindigkeiten und Datenraten aufgehen. Mobilfunk entwickelt sich dynamisch: Dort, wo der Bedarf an hohen Bandbreiten besonders groß ist, wird sich die 5G-Technologie schneller und ausgeprägter durchsetzen.

5G-Non-Standalone ist das neue Netz der ersten Stunde 

Die Netzbetreiber haben zum Start der neuen Mobilfunkgeneration zunächst 5G-Non-Standalone (deutsch: nicht eigenständiges 5G) ausgebaut. Es heißt so, weil es auf dem 4G-Netz aufbaut. Dieses "kleine 5G" nutzt die gesamte Infrastruktur von 4G, die Antennenstandorte und auch das Kernnetz – also das darunterliegende technische Netzwerk. Nur zur Übertragung müssen an den Standorten neue Antennen installiert werden. 

Durch dieses Aufbauen auf 4G konnten die Netzbetreiber in relativ kurzer Zeit in weiten Teilen Deutschlands den Einstieg in 5G ermöglichen. 5G-Non-Standalone bietet einen höheren Datendurchsatz als 4G, einige andere Funktionen fehlen aber. Nutzerinnen und Nutzer merken den Unterschied zu 4G deutlich. Produktionsroboter in Echtzeit steuern – das geht mit nicht eigenständigem 5G allerdings noch nicht.

Beim Dynamic Spectrum Sharing arbeiten 4G und 5G parallel  

Die sogenannte dynamische Frequenzaufteilung ("Dynamic Spectrum Sharing") ermöglicht im zweiten Schritt einen intelligenten Parallelbetrieb. Je nach Bedarf versorgt ein Antennenstandort die Nutzerinnen und Nutzer in der Umgebung mit 4G oder 5G. Beides wird über eine Antenne abgewickelt. Die Netzbetreiber müssen also dank Dynamic Spectrum Sharing in dieser Region keinen neuen Standort bauen, sondern Sendeanlagen am bestehenden Standort umrüsten. 

Während ein Mann mit einem älteren Handy über 4G eine Sprachnachricht verschickt, empfängt nebenan eine Frau ein hochauflösendes Video über 5G. Voraussetzung dafür sind aber mindestens zwei Dinge: Das Endgerät muss 5G beherrschen. Und auch der Vertrag mit dem jeweiligen Netzbetreiber muss 5G beinhalten. Wer 5G nutzen will, muss sich also zumeist selbst dafür ausrüsten.

Mit 5G-Standalone entfaltet der neue Standard sein volles Potenzial

Das eigenständige 5G (5G-Standalone) baut nicht auf bestehendem Fundament, sondern steht auf einer ganz eigenen Infrastruktur – mit eigenen Antennenstandorten und auch einem eigenen Kernnetz. Die eingesetzte Funktechnik 5G-New-Radio ermöglicht zahlreiche technische Neuerungen. Nutzerinnen und Nutzer merken das: Die Reaktionszeit, auch Latenz genannt, kann weiter sinken. Auch das sogenannte Network Slicing wird dann möglich. Ein physisches Netz teilt sich beim Network Slicing virtuell in mehrere Netze auf, die individuelle Stärken haben. Manche Nutzer bekommen so die maximale Geschwindigkeit, andere eine minimale Latenz – und alle Bedürfnisse werden von einem Antennenstandort aus bedient.

Mit dem eigenständigen 5G werden viele Anwendungen der Zukunft Realität – etwa Operationen, bei denen ein 1000 Kilometer entfernter Facharzt OP-Roboter fernsteuert. Möglich wird das auch, weil bei 5G-Standalone die Rechenzentren im Hintergrund näher an die Nutzenden heranrücken. Daten werden also näher an dem Ort verarbeitet, wo sie entstehen. Lange Reisezeiten entfallen für die Datenpakete. Fachleute sprechen hier vom Edge Computing. Konkret bedeutet das: Für ein Mobilfunknetz wird es nicht ein zentrales Rechenzentrum geben, sondern viele einzelne, die nah am Ort des Geschehens sind.

Die Evolution geht mit neuen Frequenzen für 5G weiter

Während die Netzbetreiber parallel 5G Non Standalone ausbauen und 5G Standalone aufbauen, stehen in der Mobilfunk-Evolution schon die nächsten Schritte an. 26-Gigahertz-Netze sollen noch einmal neue Möglichkeiten liefern: Unternehmen und Hochschulen können seit 2021 eigene lokale Frequenzen im Bereich von 24,25 bis 27,5 GHz beantragen. Diese Millimeterwellen haben Vorteile: Je höher der Frequenzbereich, desto höher sind auch Frequenzbandbreite und Datenrate. Es können schneller mehr Daten übertragen werden. Je höher die Frequenz, desto geringer ist aber auch die Reichweite. Durch diese Eigenschaft ist klar: 26-Gigahertz-Netze werden voraussichtlich zunächst nur lokal eingerichtet, zum Beispiel auf dem Gelände von Firmen.

Indes beschäftigt bereits die nächste Evolutionsstufe die Expertenwelt: 6G ist noch längst nicht marktreif, aber schon ein Thema in der Forschung und Standardisierung. Daran zeigt sich: In der Evolution des Mobilfunks überschneiden sich viele Entwicklungen. Während Bürgerinnen und Bürger gerade ihr erstes 5G-fähiges Handy nutzen können, geht es in der Expertenwelt bereits um 6G. Parallel schalten die Betreiber ihre 3G-Netze nach und nach ab. Die freiwerdenden Frequenzen können dann für 5G genutzt werden. Wer ein altes Handy besitzt, das kein 4G unterstützt, kann dann noch den 2G-Standard nutzen. Netzbetreiber in Deutschland haben diesen noch nicht abgeschaltet, weil darüber noch vereinzelt Telefonate und SMS abgewickelt werden.

Zukunft 6G: Die Forschung ist aktiv, die Bundesregierung unterstützt sie

Die Bundesregierung will, dass Deutschland bei 6G an der Spitze steht. Bis ins Jahr 2025 stellt das Bundesministerium für Bildung und Forschung rund 700 Millionen Euro für die Erforschung zur Verfügung. Auch wenn 6G erst um das Jahr 2030 herum nutzbar wird, entwickelt sich schon heute ein Ökosystem. Die Devise lautet: jetzt schon an übermorgen denken. 6G kann Daten noch einmal 100-mal schneller übertragen als 5G. Dadurch könnten künftig Menschen als Live-Hologramme in Räume projiziert werden. Das digitale Abbild eines Menschen säße dann beim Meeting in München, während die echte Person zu Hause in Mecklenburg ist. Mit 5G ist also die technische Entwicklung nicht beendet – die technische Evolution geht weiter. 

An der Technischen Universität München arbeitet das 6G Zukunftslabor Bayern. Zwölf Professuren erforschen die Grundlagen, bereiten die technische Standardisierung von 6G vor und arbeiten Schritt für Schritt auf die Einführung hin. Ziel dieser Vorarbeit ist auch, frühzeitig zu ermitteln, was die Gesellschaft und was die Wirtschaft vom künftigen Mobilfunk erwartet.

Die Industrie und die Wissenschaft arbeiten im Projekt Hexa-X an grundlegenden Fragen zu 6G. Das EU-Programm Horizont 2020 fördert diese Zusammenarbeit. Beteiligt an Hexa-X sind auch Forschende der Technischen Universität Dresden. Sie hatten schon mit ihrem 5G-Lab Pionierarbeit geleistet und haben nun 6G fest im Blick.

Links und weiterführende Informationen

1. Informationszentrum Mobilfunk. 5G – was geht heute schon, was dauert noch bis morgen? Informationszentrum Mobilfunk. 5G – was geht heute schon, was dauert noch bis morgen?
2. 5G-anbieter.info. 5G NSA (Non-Standalone). 5G-anbieter.info. 5G NSA (Non-Standalone).
3. Samsung. Auf dem Weg zu 5G: Was ist neu an der nächsten Generation mobiler Netzwerke? Samsung. Auf dem Weg zu 5G: Was ist neu an der nächsten Generation mobiler Netzwerke?
4. Telefonica. LTE bildet auch im 5G-Zeitalter das Rückgrat der Netzinfrastruktur. Telefonica. LTE bildet auch im 5G-Zeitalter das Rückgrat der Netzinfrastruktur.
5. Telekom. Intelligentes 5G-Netz: Wie funktioniert Dynamic Spectrum Sharing? Telekom. Intelligentes 5G-Netz: Wie funktioniert Dynamic Spectrum Sharing?
6. Vodafone. Vodafone startet 5G-Standalone für die Echtzeit-Kommunikation. Vodafone. Vodafone startet 5G-Standalone für die Echtzeit-Kommunikation.
7. Telekom. 5G-Standalone: Das schnellste Netz macht sich selbstständig. Telekom. 5G-Standalone: Das schnellste Netz macht sich selbstständig.
8. Bundesministerium für Bildung und Forschung: 6G wird unsere Kommunikation revolutionieren. Bundesministerium für Bildung und Forschung: 6G wird unsere Kommunikation revolutionieren.

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