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5G-Technologie und Glasfaser

Das Versprechen von 5G

17. November 2020, 06:23 Uhr   |  Autor: Mike Knott / Redaktion: Diana Künstler | Kommentar(e)

Das Versprechen von 5G
© Kanawat Thongrod-123rf

Die 5G-Technologie gilt als Revolution in der Telekommunikation, mit scheinbar grenzenlosen Einsatzmöglichkeiten. Doch bisher sehen wir davon in der Praxis noch sehr wenig. Woran liegt das? Und was muss passieren, damit wir das volle Potenzial von 5G ausschöpfen können?

Mittlerweile ist uns der Begriff der 5. Mobilfunkgeneration, kurz 5G, nicht nur in der Telekommunikationsbranche vertraut. 5G hat Einzug in den allgemeinen Wortschatz gehalten und die Mobilfunkbetreiber haben ihre Marketingmaschinen angeworfen, um die Aufmerksamkeit der technisch versierten sogenannten Early Adopters zu erregen. Aber unabhängig von den glamourösen Werbespots sollten wir uns daran erinnern, was 5G wirklich für uns bedeutet: 5G ist schneller als die 4. Generation beziehungsweise LTE, doch es steckt noch so viel mehr dahinter. 5G steht auch für eine größere Reichweite, höhere Zuverlässigkeit, geringere Latenzzeiten und die Möglichkeit, Milliarden von Geräten gleichzeitig anzuschließen, von denen die meisten keine Mobiltelefone sein werden. Nur durch die Kombination all dieser Eigenschaften können wir das volle Potenzial von IoT (Internet of Things) ausschöpfen und Smart Cities zur Wirklichkeit werden lassen, in denen erschöpfte Pendler auf dem Heimweg sicher am Steuer ihrer autonomen Autos dösen können.

Aber gibt es hier nicht eine Diskrepanz? 5G-Dienste sind inzwischen in den meisten europäischen Ländern eingeführt worden, zumindest in den größten Städten. 5G-Endgeräte sind bereits verfügbar. Aber wir haben noch nicht wirklich den versprochenen Wandel bei den Anwendungen erlebt. Was ist also los?

Die bisherigen kommerziellen 5G-Starts stellen die erste Phase einer breiteren Einführung dar und schöpfen somit noch nicht das volle Potenzial der Technologie aus. Vieles dreht sich um den gesamten Frequenzbereich, der in den 5G-Spezifikationen zur Verfügung steht und um die Frequenzen, die in diesen frühen Phasen der Einführung tatsächlich genutzt werden. Vereinfacht ausgedrückt basieren die derzeitigen 5G-Dienste auf den unteren Frequenzen innerhalb des 5G-Bereichs. Diese Frequenzen sind robuster, daher konnten die Betreiber diese Anwendung weitgehend auf der Grundlage von Upgrades bestehender Makrozellenstandorte unterstützen, die für 3G- und 4G-Dienste aufgebaut wurden. Die revolutionäreren Aspekte von 5G benötigen die höheren Frequenzen – diese Signale sind empfindlicher, sodass viel mehr Antennen benötigt werden – zum Beispiel an Straßenlaternen, Haltestellen, Ampeln oder den grauen Kästen (MFG und KVz’s), als die derzeitigen Makrozellenstandorte unterstützen können. Eins steht jedoch fest: 5G benötigt so viel Bandbreite, wie nur Glasfaser sie bieten kann.

Netzwerkverdichtung

Eine Möglichkeit, die Abdeckung und Kapazität eines Mobilfunknetzes zu erhöhen, besteht darin, es zu verdichten, indem man mehrere Sektoren hinzufügt, also mehr Makrozellen einsetzt. So wird die Anzahl der Nutzer, die sich mit einer bestimmten Zelle verbinden und sich somit die verfügbare Bandbreite teilen müssen, reduziert, sodass jedem Teilnehmer pro Zelle mehr Bandbreite zur Verfügung steht. Die Reduzierung der Entfernung der Makrozellen stellt jedoch eine Herausforderung dar, weil die Suche nach neuen Standorten immer schwieriger und vor allem in städtischen Umgebungen auch teuer werden kann. Wenn man bedenkt, dass Frequenzbänder von nationalen Regulierungsbehörden an die Träger versteigert werden und diese Lizenzen Milliarden kosten können, ist die Wiederverwendung der Frequenzen ein absolutes Muss. Dies kann durch Funkzellen mit geringer Leistung erleichtert werden, die so konzipiert sind, dass sie kleine Bereiche abdecken, die beispielsweise zuvor nicht ausreichend abgedeckt wurden. Diese Funkzellen mit geringer Leistung werden als Small Cells bezeichnet und können durch die Wiederverwendung von Frequenzen zu einer effizienteren Nutzung des Funkspektrums beitragen.

Eine Verdichtung der Makrozellenabdeckung ist in Ländern mit schlechten 3G- und 4G-Netzen notwendig, um die 5G-Ziele hinsichtlich Abdeckung und Bandbreite zu erreichen. In Ländern mit einer hohen Dichte an Makrozellen müssen die Mobilfunkbetreiber nur neue Sender und Empfänger zu den bestehenden Antennen hinzufügen. Dies gilt insbesondere dann, wenn 5G im Sub-6GHz-Band implementiert wird, wo auch 3G- und 4G-Technologien eingesetzt werden und die Reichweite daher recht ähnlich ist. 5G arbeitet außerdem bei höheren Frequenzen im Millimeterwellenbereich. Bei diesen höheren Frequenzen steht reichlich Spektrum zur Verfügung, das eine größere Kanalbandbreite, höhere Spitzenraten und viel kleinere Antennen ermöglicht. Der Nachteil ist, dass die Reichweite bei diesen höheren Frequenzen kürzer ist. Es wird jedoch erwartet, dass massive MIMO- und strahlformende Antennen den Mobilfunkbetreibern helfen werden, dieses Problem zu überwinden, da sonst eine noch höhere Zellverdichtung erforderlich wäre.
 
In Ländern mit schlechter 3G- und 4G-Abdeckung bedeutet Verdichtung also neue und kleinere Standorte zu errichten, um die Entfernungen zu verringern. Länder mit höherer Zellendichte hingegen können einen Großteil der vorhandenen Infrastruktur wiederverwenden. Jeder dieser Funkstandorte ist auf Daten- und Stromleitungen angewiesen und die Bereitstellung dieser Anschlüsse ist der größte Kostenfaktor der Netzwerkverdichtung. Es ist daher sinnvoll, dass Mobilfunkbetreiber die Investition in zusätzliche Standorte so lange vermeiden, bis die über das 5G-Netzwerk bereitgestellten Dienste dies erfordern, das heißt auch eine zuverlässige Abdeckung und niedrige Latenzzeit zusätzlich zur hohen Bandbreite benötigt werden.

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2. Herausforderungen der optischen Verbindung

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