Weshalb benötigt es eine neue Generation?
Jedes Jahr verdoppelt sich die Datenmenge, die wir über das Mobilfunknetz übertragen. Mit der Einführung der dritten Mobilfunkgeneration (3G, UMTS) Mitte der 2000er-Jahre und der vierten Generation (4G, LTE) ab 2012 konnte der Bedarf bisher gedeckt werden. Nun stossen diese Technologien jedoch an ihre Grenzen.
Der mobile Datenverkehr wächst stetig. Im Jahr 2017 wurden ca. 56 Prozent des Datenvolumens durch Videos (Bildübertragungen in Bereichen wie Unterhaltung, Produktion, Bildung, Videokonferenzen, Überwachung, Medizin, Virtual und Augmented Reality) generiert. Dieser Anteil dürfte im Jahr 2023 voraussichtlich auf rund 73 Prozent steigen.
Daneben steigt die Zahl der Abonnemente für die wichtigsten Mobilfunktechnologien. In Westeuropa werden bis Ende 2024 schätzungsweise 220 Millionen 5G-Abonnemente und 300 Millionen LTE-Abonnemente aktiv sein.
Die Einführung von 5G wird unter anderem für eine höhere Anzahl aktiver Verbindungen und eine deutliche Erhöhung der Datenübertragungskapazitäten sorgen. 5G-Netze stellen im Bereich der mobilen Kommunikation einen bedeutenden Evolutionsschritt dar, das sie die Tür zu neuen Einsatzbereichen öffnen, insbesondere im Bereich des Internets der Dinge (IoT), der Kommunikation zwischen Maschinen (M2M), der Ultra-Breitband- oder Echtzeit-Anwendungen.
Was ist 5G und was bringt es?
Die Technologie 5G umfasst im Wesentlichen eine neue Luftschnittstelle (Funkzugangsnetz) und eine neue Kernnetzarchitektur. Die neue Luftschnittstelle des 5G-Systems wird als "5G New Radio" (5G NR) und das neue Kernnetz als "5G Core Network" (5G CN, auch 5GC bezeichnet). Im Gegensatz zu früheren Mobilfunksystemen wurde 5G auf der Grundlage von zuvor definierten Einsatzbereichen standardisiert.
Die Leistungsmerkmale von 5G im Vergleich zu 4G sind folgende:
- bis zu 100-mal höhere Datenraten zur Bewältigung des stark wachsenden mobilen Datenvolumens und damit eine höhere Systemkapazität (1000-mal höhere Datenübertragungskapazität/km2)
- kürzere Verzögerungszeit (Latenz) bei Datenübertragungsraten innerhalb des 5G-Systems und damit eine kürzere Reaktionszeit der Endkunden-Fernmeldedienste
- höhere Anzahl gleichzeitig verbundener Endgeräte (bis zu 1 Million pro km2) im Hinblick auf das Internet der Dinge (IoT)
- Unterstützung von Frequenzen oberhalb 6 GHz für den künftigen Ausbau der Mobilfunknetze
Diese erheblichen Fortschritte rechtfertigen die Bezeichnung als neue Mobilfunkgeneration. Im Gegensatz zu den bisherigen Systemen ermöglicht 5G Verbindungen mit garantierbaren Übertragungsgeschwindigkeiten und geringeren, zugesicherten Latenzzeiten sowie zuverlässigere Verbindungen, längere Batterielaufzeiten der Endgeräte und eine anwendungsbezogenen Netzwerk-Segmentierung ("Network-Slicing").
Einsatzbereiche von 5G
Die Internationale Fernmeldeunion (ITU) sieht drei Einsatzbereiche für 5G vor:
1. Verbessertes mobiles Breitband (Enhanced Mobile Broadband, eMBB)
Die Hauptmerkmale dieses Einsatzbereiches sind: hohe und variable Datenraten (bis 20 Gbit/s) sowie eine hohe Teilnehmerdichte und Mobilität (z.B. in Hochgeschwindigkeitszügen). Der verbesserte mobile Breitbandzugang ermöglicht einen zunehmend nahtlosen Übergang zwischen Fest- und Mobilfunknetz.
- Gigabytes in einer Sekunde
- Smart Home / Smart Building Anwendungen
- 3D Video, UHD Screens
- Arbeiten und Gamen in der Cloud
- Virtual und Augmented Reality
2. Ultra-zuverlässige Kommunikation mit geringer Latenz (Ultra-Reliable Low Latency Communication, URLLC)
Charakteristisch für diesen Einsatzbereich sind zuverlässige und/oder zeitkritische Verbindungen mit garantierbaren Übertragungsgeschwindigkeiten, zugesicherten Latenzzeiten von wenigen Millisekunden und einer definierten Ausfallwahrscheinlichkeit.
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- Selbstfahrendes Fahrzeug
- Missionskritische Anwendung: Energiemanagement in Smart Grids
- Automatisierung der Industrie: Fernsteuerung von Maschinen
3. Massive Machine-Type Communication (mMTC)
Dieser Anwendungsbereich zeichnet sich durch eine sehr grosse Anzahl von vernetzten Geräten aus (Internet der Dinge), die typischerweise ein geringeres Volumen (wenige Bytes) an zeitunkritischen Daten übertragen (z.B. Wasserzähler). Die Geräte müssen kostengünstig sein und eine sehr lange Autonomie haben (Batterielebensdauer bis 10 Jahre).
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- Smart City Anwendungen