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

Das Handy zeigt „5G“ im Display. Was bedeutet das für meine Internetverbindung? Ganz einfach: Hohe Geschwindigkeit und Bandbreite. Allerdings gibt es unterschiedliche 5G-Technologien. Sie bauen teils auf den LTE-Netzen (4G) auf – doch auch der Übergang zu 6G ist bereits in Sicht.

Haben Sie ein 5G-fähiges Handy und einen Vertrag inklusive 5G-Mobilfunk? Dann wechselt Ihr Smartphone sicher regelmäßig: Manchmal sehen Sie „4G“ oder „LTE“ im Display, immer häufiger aber „5G“. Internetseiten, Apps und Videos laden unterschiedlich schnell – auch, wenn immer 5G angezeigt wird. Woran liegt das?

Die 5G-Mobilfunktechnologie entwickelt sich nicht abrupt, sondern in vielen einzelnen Stufen. Fachleute sprechen deshalb ungerne von einer Revolution, sondern 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, haben die Netzbetreiber frühzeitig besonders leistungsfähige Versionen der 5G-Technologie installiert. Wenn wir uns fortbewegen, wechselt das Handy von einer 5G- in eine 4G-Funkzelle und wieder in eine andere 5G-Funkzelle.

1. Stufe: 5G-Non-Standalone – das 5G der ersten Stunde

Seit 2019 haben die Netzbetreiber in Deutschland 5G als neueste Mobilfunkgeneration ausgebaut. Dabei haben sie vielfach auf 5G-Non-Standalone (deutsch: nicht eigenständiges 5G) gesetzt. Es heißt so, weil es auf dem 4G-Netz aufbaut. Dieses „kleine 5G“ nutzt die gesamte Infrastruktur der Vorgänger-Generation, die Antennenstandorte und auch das Kernnetz – also das darunterliegende technische Netzwerk. Nur zur Übertragung müssen die Netzbetreiber an den Standorten neue Antennen installieren.

Durch dieses Aufbauen auf 4G konnten die Netzbetreiber in kurzer Zeit in weiten Teilen Deutschlands den Einstieg in 5G ermöglichen. 5G-Non-Standalone bietet einen höheren Datendurchsatz als 4G, sodass Nutzerinnen und Nutzer den Unterschied zu 4G deutlich merken. Sehr aufwendige Anwendungen – etwa, Produktionsroboter in Echtzeit zu steuern – funktioniert über 5G-Non-Standalone allerdings nicht.

2. Stufe: Mit Dynamic Spectrum Sharing zweigleisig fahren

Der zweite Entwicklungsschritt im 5G-Ausbau: Die sogenannte dynamische Frequenzaufteilung („Dynamic Spectrum Sharing“) ermöglicht einen intelligenten Parallelbetrieb von 4G und 5G. Je nach Bedarf versorgt ein Antennenstandort die Nutzerinnen und Nutzer in der Umgebung. 4G und 5G werden über eine Antenne abgewickelt. Während eine Person mit einem älteren Handy eine Sprachnachricht über 4G verschickt, empfängt eine andere Person nebenan ein hochauflösendes Video über 5G.

Die Netzbetreiber müssen dank Dynamic Spectrum Sharing in dieser Region keinen neuen Standort bauen, sondern nur Sendeanlagen am bestehenden Standort umrüsten. Das ist jedoch nicht immer möglich, zum Beispiel weil einzelne Standorte aufgrund der Statik nicht umgebaut werden können. Manchmal ist es auch nicht sinnvoll: Wenn ein Netzbetreiber in dem Bereich stark wachsende Datenmengen verzeichnet, müssen dennoch weitere Standorte errichtet werden.

3. Stufe: Volles Potenzial mit 5G-Standalone

Das eigenständige 5G (5G-Standalone) steht auf einer ganz eigenen Infrastruktur. Diese Ausführung der 5G-Technologie hat eigene Antennenstandorte und auch ein eigenes Kernnetz. Die eingesetzte Funktechnik 5G-New-Radio ermöglicht zahlreiche technische Neuerungen. Nutzerinnen und Nutzer merken das: Die Reaktionszeit, auch Latenz genannt, sinkt. 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 Nutzende bekommen so die maximale Geschwindigkeit, andere eine minimale Latenz – und alle Bedürfnisse werden von einem Antennenstandort aus bedient.

Mit dem eigenständigen 5G werden viele Zukunftsanwendungen Realität – etwa Operationen, bei denen ein 1000 Kilometer entfernter Facharzt mit seinem Kollegen über eine 5G-Brille in Kontakt steht. 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 gibt es nicht ein zentrales Rechenzentrum, sondern viele einzelne, die nah am Ort des Geschehens sind.

4. Stufe: Millimeterwellen – neue Frequenzen für 5G

Während die Netzbetreiber parallel 5G-Non-Standalone ausgebaut und 5G-Standalone aufgebaut haben, ist die Evolution des Mobilfunks bereits weiter fortgeschritten. Fachleute arbeiten an 5G-Mobilfunk, der im Frequenzbereich rund um 26 Gigahertz funktioniert – die sogenannten 26-Gigahertz-Netze oder auch Millimeterwellen. Unternehmen und Hochschulen können seit 2021 eigene lokale Frequenzen im Bereich von 24,25 bis 27,5 GHz beantragen.

Millimeterwellen haben Vorteile: Je höher der Frequenzbereich, desto mehr Platz ist im Funkspektrum. Diensten kann hier mehr Bandbreite zugeteilt werden. Damit steigt die Datenrate und 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 zunächst nur lokal eingerichtet, zum Beispiel auf dem Gelände von Firmen. Hier müssen sie nur einen kleinen Bereich versorgen.

Mit 6G tritt Mobilfunk in die nächste Ära ein

Und die Entwicklung geht weiter. 6G-Mobilfunk ist die nächste Evolutionsstufe. Die Generation ist zwar noch nicht marktreif, aber schon ein Thema in der Forschung und Standardisierung. Daran zeigt sich: In der Evolution des Mobilfunks überschneiden sich viele Entwicklungen. Während sich Bürgerinnen und Bürger gerade an ihr 5G-fähiges Handy gewöhnen, geht es in der Welt der Expertinnen und Experten bereits um 6G.

Parallel verschwindet Altes: Die Netzbetreiber haben in Deutschland ihre 3G-Netze abgeschaltet. Diese Frequenzen sind für 5G freigeworden. Der 2G-Standard ist weiterhin aktiv. Die Betreiber nutzen es, um darüber noch vereinzelt Telefonate und SMS abzuwickeln.

Zukunft 6G: Forschung ist aktiv, Bundesregierung unterstützt

Die Bundesregierung will, dass sich 6G in Deutschland ebenso erfolgreich entwickelt wie 5G. Deshalb fördert sie seit 2021 die Erforschung der Zukunftstechnologie. Bis 2025 stellte das Bundesministerium für Bildung und Forschung rund 700 Millionen Euro zur Verfügung. Die vier geförderten Forschungs-Hubs sind

• 6GEM an der Rheinisch-Westfälisch Technischen Hochschule Aachen,

• 6G-life an den Technischen Universitäten Dresden und München,

• 6G-RIC unter anderem am Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut und der Technischen Universität Berlin,

• Open 6G Hub am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz DFKI in Kaiserslautern.

Auch wenn 6G erst um das Jahr 2030 herum nutzbar wird, entwickelt sich schon heute ein Ökosystem. Denn wir übermitteln immer mehr Informationen auf digitalen und drahtlosen Wegen. 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 die technische Entwicklung also nicht abgeschlossen – sie geht weiter.

Links und weiterführende Informationen

1. Deutschland spricht über 5G. Wie funktioniert Mobilfunk? [20.06.2024].
2. Bundesministerium für Bildung und Forschung. 6G-Forschungs-Hubs. [20.06.2024].
3. Telefonica. LTE bildet auch im 5G-Zeitalter das Rückgrat der Netzinfrastruktur. [20.06.2024].
4. Telekom. Intelligentes 5G-Netz: Wie funktioniert Dynamic Spectrum Sharing? [20.06.2024].
5. Vodafone. Vodafone startet 5G-Standalone für die Echtzeit-Kommunikation. [20.06.2024].
6. Telekom. 5G-Standalone: Das schnellste Netz macht sich selbstständig. [20.06.2024].

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