Wie funktioniert 5G-Mobilfunk?

Im Auto erreichbar sein, ein Videotelefonat von unterwegs führen, Fotos verschicken aus dem Zug – und das alles ganz ohne Kabel. Haben Sie sich gefragt, wie dies funktioniert? Wir erläutern die Grundlagen des Mobilfunks – und was das Besondere an der neuen Generation ist.

Wer verstehen möchte, wie 5G-Mobilfunk grundsätzlich funktioniert, startet bei den Grundlagen. Ein Mobilfunknetz besteht aus

• dem Kernnetz eines Netzbetreibers mit Verbindung zum Internet,
• dem Transportnetz als Verbindung des Kernnetzes zum funkbasierten Zugangsnetz (Basisstationen) und
• den von Nutzerinnen und Nutzern betriebenen Endgeräten (Handy, Tablet oder vernetzte Sensoren).

Das Gebiet, das durch die Sendeantenne einer Basisstation versorgt wird, bezeichnet man als Funkzelle. In diesem Gebiet können Nutzerinnen und Nutzer mobil kommunizieren und Daten austauschen.

Der Radius einer Mobilfunkzelle kann sich, abhängig von ihrem Einsatzgebiet, über eine Größe von einigen Metern bis hin zu einigen Kilometern erstrecken. Entscheidend hierfür sind unter anderem die Sendeleistung, die verwendete Frequenz und vor allem, wie das versorgte Gebiet bebaut ist.

An Standorten mit einem hohen Nutzungsaufkommen – zum Beispiel Fußgängerzonen, Flughäfen oder Messen – sind die Funkzellen in der Regel kleiner. Sie sind hier nur wenige 100 Meter oder gar nur 10 Meter groß. In Gebieten mit vergleichsweise geringem Nutzungsaufkommen hingegen ist die Zellgröße mit bis zu 70 Kilometern wesentlich größer.

Aus Texten werden Signale, aus Signalen wieder Texte

Am Beispiel einer Mitteilung lässt sich vereinfacht darstellen, wie eine Information von einem Handy zum anderen gelangt:

Was bei 5G anders ist

Der Mobilfunkstandard der fünften Generation, kurz 5G, ist eine Weiterentwicklung des bisherigen Mobilfunks. Er ist damit der Nachfolger der Standards GSM (2G), UMTS (3G) und LTE (4G). Das 5G-Netz nutzt zu Beginn weitgehend die Infrastruktur des LTE-Netzes. Der Betrieb erfolgt gemeinsam beziehungsweise parallel, sodass der Ausbau stufenweise geschieht. Der Unterschied jedoch: Die neue Technologie setzt neue Maßstäbe in den Bereichen

• höhere Datenraten,
• schnellere Reaktionszeit,
• höhere Zuverlässigkeit,
• höhere Nutzermobilität,
• höhere Netzkapazität und
• bessere Datensicherheit.

Die Verfügbarkeit der 5G-Mobilfunktechnik ist von der Netzplanung des jeweiligen Mobilfunknetzbetreibers abhängig. Je nach Ausbaustrategie des jeweiligen Unternehmens wird die 5G-Technologie in unterschiedlicher Ausprägung stetig aufgebaut. Dieser Prozess kann von Region zu Region unterschiedlich sein.

Es kommt auf die Frequenz an

Damit Daten zwischen Mobiltelefonen und Basisstationen ohne Kabel übertragbar sind, braucht es elektromagnetische Wellen mit bestimmten Frequenzen. Frequenzen werden nicht nur für den Mobilfunk benötigt, sondern auch für alle anderen Funksysteme wie zum Beispiel für W-LAN, Radio und Fernsehen via Rundfunk, Satellitenfunk, das Babyphone oder den Garagentoröffner.

Die gegenwärtigen Mobilfunktechniken nutzen Frequenzen im Bereich zwischen 800 Megahertz und 2,6 Gigahertz (abgekürzt: GHz). Bei 5G kommen weitere Bereiche in höheren Frequenzen dazu: 3,4 bis 3,8 GHz und später auch im wesentlich höheren Frequenzbereich von 24,25 – 27,5 GHz, dem sogenannten 26-Gigahertz-Bereich. Es gibt im Wesentlichen zwei Gruppen von Frequenzbereichen, die jeweils unterschiedliche Eigenschaften in ihrem Ausbreitungsverhalten haben:

Frequenzbereiche unter 1 GHz:

• Die Funkwellen haben eine hohe Reichweite.
• Die Funkwellen können leichter durch viele Materialien in Gebäude eindringen.
• Die Übertragung großer Datenmengen ist in diesem Frequenzbereich weniger geeignet.
• Diese Frequenzen sind aber besonders geeignet für das Schließen der Funklöcher vor allem in dünn besiedelten Regionen.

Frequenzbereich höher als 1 GHz:

• Die Reichweite dieser Funkwellen ist geringer als bei den Frequenzen unterhalb von 1 GHz.
• Die Funkwellen verhalten sich fast wie Licht und können an vielen Materialen absorbiert und auch reflektiert werden. Dieser Effekt nimmt mit steigender Frequenz zu.
• Je höher der Frequenzbereich, desto mehr Frequenzbandbreite und Datenrate stehen zur Verfügung.
• Frequenzen ab 2,5 GHz eignen sich für Großstädte oder Industriestandorte. Es ist nicht damit zu rechnen, dass sie flächendeckend benutzt werden.

Das Nutzen auch der „alten“ Frequenzbereiche für 5G ermöglicht eine flächendeckende und bedarfsgerechte Abdeckung mit dem neuen Mobilfunkstandard. Technische Neuerungen wie die aktive Antennentechnik (Beamforming) und das Unterteilen in anwendungsspezifische Netze (Network-Slicing) verbessern das Mobilfunknetz zusätzlich. Einen Vergleich der Mobilfunkgenerationen finden Sie in diesem Artikel.

Links und weiterführende Informationen

1. Bundesamt für Strahlenschutz (BfS). Stand Januar 2017. Mobilfunk: Informationen rund ums Mobiltelefon. Seite 4-7. [21.07.2020].
2. Bundesamt für Strahlenschutz (BfS). Stand November 2018. Mobilfunk, S.3. [24.07.2020].
3. Telefónica Deutschland Holding AG. Stand 11.12.2019. So kommt 5G zum Funkmast: Glasfaser und Richtfunk sorgen für schnellen 5G-Ausbau. [21.07.2020].
4. Telekom Deutschland GmbH. 03.07.2018.So funktionieren die neuen Mobilfunkantennen für 5G. [21.07.2020].
5. Telekom Deutschland GmbH. Was ist 5G? Grundwissen zum Netz der Zukunft. [22.07.2020].
6. Vodafone GmbH. 5G Das Echtzeit-Netz für die Zukunft. [24.07.2020].
7. Telekom Deutschland GmbH. Faktenblatt Mobilfunk und Gesundheit (2013). [05.05.2023].
8. Vodafone GmbH. Was genau kann welche Mobilfunk-Frequenz? [14.08.2020].
9. Bundesnetzagentur. Strategische Aspekte zur Verfügbarkeit von Frequenzen für den Breitbandausbau in Deutschland. [19.08.2020].

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