5G – die fünfte Generation der mobilen Datenübertragung

14.08.2019

©Sy_Sarayut

5G – eine Zahl, ein Buchstabe. Die Versteigerung von Lizenzen, Netzausbau, das Netz der Zukunft. Die größten Datenmengen, die zum jetzigen Zeitpunkt transportiert werden können. Zeitliche Verzögerungen entfallen nahezu (Wegfall der Latenzzeit). Autonomes Fahren auf Autobahnen und in Innenstädten. Internet of Things – Geräte und Maschinen kommunizieren miteinander – mit und ohne den Menschen. Drohnen, die automatisch mit den vom Kühlschrank selbstständig bestellten Lebensmitteln im Vorgarten landen. Und telefonieren kann man damit auch noch. 5G ist in aller Munde – und wir haben in einem Blogartikel die wichtigsten Fakten zusammengefasst.

Was heißt 5G überhaupt?

5G – das heißt zuerst einmal nichts weiter als „5th generation“ oder „fünfte Generation“, und gemeint ist damit die fünfte Generation mobiler Telefonnetze inklusive Datenübertragung. Der Ein oder Andere mag sich ja noch an 3G erinnern. Man war immer froh, wenn man irgendwo 3G zur Verfügung hatte, also das Netz der dritten Generation, und nicht etwa „Edge“ oder „H+“. Datenübertragung war zwar möglich, aber das Volumen war begrenzt, und die zeitliche Verzögerung war teils enorm. Dann kam die vierte Generation. 4G, obwohl es von niemandem so bezeichnet wurde. Die Telefonanbieter nannten das neue Netz LTE (wobei streng genommen eigentlich erst die Erweiterung LTE Advanced als vierte Generation bezeichnet werden kann). Im LTE-Netz funktionierte die Datenübertragung spürbar schneller, auch das Volumen war höher als bei 3G. Das Streamen von Audio- und Videodateien ging erst mit dem LTE-Standard einigermaßen ruckelfrei. Doch für die Ansprüche der Zukunft war auch LTE noch nicht genug. Man benötigt, vor allem in der Industrie, ein mobiles Netz, in dem Daten schnell übertragen werden und das vor allem keine Latenz mehr hat, also in Echtzeit funktioniert. Gerade in Punkto autonomer Mobilität ist es besonders wichtig, dass zwischen Impuls und Ausführung keine Verzögerungen mehr eintreten.

5G wird neuer Standard

Daher wurde als neuer Standard 5G entwickelt, u.a. von Forschern und Technikern der Firma Nokia am Standort Ulm. Mit dem neuen Netz sind Datenraten von 20 Gbit/s möglich. Es werden höhere Frequenzbereiche als bisher genutzt, und in Zukunft können 100 Milliarden Mobilfunkgeräte gleichzeitig angesprochen werden. Im neuen Netz gibt es drei Frequenzbereiche:

  1. Tiefenfrequenzen von 700 bis 2100 Megahertz, diese breiten sich weit aus und durchdringen sogar Wände, können aber nur wenig Daten übermitteln
  2. Das Mittlere Band, zwischen 3,4 und 3,8 Gigahertz, ist schon wesentlich leistungsstärker
  3. Hinzu kommen in Zukunft höhere Frequenzen ab 26 Gigahertz, die jede Menge Daten übertragen können, aber nur über eine geringe Reichweite verfügen. Laut Erfahrungswerten eines Informationsportals beträgt die Reichweite in diesem Frequenzbereich ca. 2 Kilometer.

Notwendig hierfür und für den Netzausbau generell sind weitere Sendemasten, was in Teilen der Bevölkerung auch auf Widerstände stößt. Aber ohne die Installation von weiteren Sendemasten, teils auch in kürzerer Entfernung zueinander, wird 5G nicht funktionieren.
Bislang war die Kommunikation über mobile Datennetze der Kommunikation von Mensch zu Mensch vorbehalten. Mit 5G ist es möglich, dass Maschinen untereinander kommunizieren. Zum Beispiel in der Landwirtschaft: Ein nicht unwesentlicher Baustein für die Digitale Transformation.

5G-Testfeld in Sachsen

Um sich vorab schon mal ein Bild davon zu machen, was mit 5G alles möglich sein wird, kann man derzeit einen Blick Richtung Sachsen werfen. Dort betreibt der Freistaat Sachsen in der Nähe von Torgau, unweit der Elbe, das Lehr- und Versuchsgut Köllitsch. Zu den Aufgaben des Lehr- und Versuchsgutes Köllitsch gehören neben der Ausbildung von Landwirten auch die Durchführung von Versuchen und Erprobungen, die wissenschaftlich u.a. von der Technischen Universität Dresden begleitet werden. Im Juni ging dort das erste 5G-Testfeld an den Start. Hierbei handelt es sich um ein Experimentierfeld, das zu einem 5G-Testfeld ausgebaut werden soll. Es ist bislang das größte 5G-Feld in Europa. „Ich erwarte aus diesem Projekt ganz praktische Ergebnisse, die den ländlichen Raum durch Wertschöpfung und eine ressourcenschonendere Landwirtschaft unterstützen“, sagte Sachsens Umweltminister Thomas Schmidt bei der Eröffnung des Testfelds am 17. Juni 2019. Das Experimentierfeld soll insgesamt auf eine Fläche von 2.000 Quadratmetern ausgebaut werden. Durch Forschungsprojekte sollen Chancen, Risiken und Nutzen der digitalen Landwirtschaft untersucht und geprüft werden. Drohnen, die vor einem Traktor herfliegen, messen die Beschaffenheit des Bodens und berechnen, wie viel und in welcher Konzentration Pestizide auf das Feld aufgebracht werden müssen. Diese Informationen werden an den Landwirt im Führerstand des Traktors weitergegeben. So können in Zukunft Düngemittel und Pestizide aufgrund geprüfter Daten auf Felder aufgebracht werden. Man ist nicht mehr von „Schätzwerten“ abhängig. Zusätzlich werden Sensoren im Boden vergraben, die dem Landwirt über das 5G-Netz weitere Informationen zur Bodenbeschaffenheit zur Verfügung stellen. Am Beispiel der Landwirtschaft sieht man, dass 5G wirklich alle Lebensbereiche betreffen wird.

Einsparpotential durch autonomes Fahren

Ein weiterer Punkt, der in den Bereichen Industrie und Logistik eine Rolle spielen wird, aber auch den privaten Raum berühren wird, ist das autonome Fahren. Hierbei verhalten sich Fahrzeuge wie Flugzeuge im Autopilotmodus: Sie bremsen und beschleunigen selbstständig, übernehmen selbst Abbiegemanöver, und in naher Zukunft rollen sie führerlos, also weitestgehend ohne menschliches Eingreifen, durch unsere Städte.
Im Bereich Logistik ist dieses System vor allem interessant, weil es ein großes Einsparpotential birgt. Im sogenannten „Platooning-Verfahren“ fahren mehrere LKW im Konvoi. Nur noch der erste LKW wird von einem Menschen gesteuert, die anderen Fahrzeuge rollen in einem Abstand von nur 15 Metern hinterher. Dieser geringe Abstand spart Platz auf unseren überfüllten Autobahnen und ist deshalb möglich, weil der Computer schneller bremst als der Mensch. Und durch das Fahren im Windschatten werden auf 100 Kilometer bis zu drei Liter Diesel pro Fahrzeug eingespart. In Deutschland testet DB Schenker Platooning unter realen Bedingungen auf der A9 zwischen München und Nürnberg. Zur Sicherheit sitzt im Folgefahrzeug derzeit aber immer noch ein Fahrer, der notfalls eingreifen könnte.
Aber das autonome Fahren wird sich nicht auf die Autobahnen beschränken. Google forscht schon seit Jahren an selbstfahrenden Autos und lässt sie derzeit an ausgewählten Orten durchs Silicon Valley sausen. Aber auch in Deutschland wird erprobt und geforscht. Die RWTH Aachen betreibt eine Teststrecke in Aldenhoven bei Aachen. Auf dem Gelände einer ehemaligen Zeche wurde das Straßennetz einer fiktiven Stadt nachgebaut, die sogenannte CERM-City. Dort wird das Fahren ohne Mensch am Steuer erprobt. Man erhofft sich, in Zukunft Autoströme rechtzeitig zu erkennen und umzulenken, bevor ein Stau entsteht. Aber auch im Bereich ÖPNV werden zahlreiche Untersuchungen durchgeführt. So verspricht man sich beispielsweise, durch fahrerlose Busse den öffentlichen Nahverkehr zum einen günstiger anbieten zu können, zum anderen den ländlichen Raum wieder besser bedienen zu können.

Vorteile für private Nutzer und Smart Home

Im privaten Bereich wird sich 5G ebenfalls bemerkbar machen. So können Nutzer große Datenmengen noch schneller runterladen. Aber auch im Bereich „Smart Home“ wird sich noch einiges ändern: Zum einen können Geräte, die bislang über W-LAN gesteuert wurden, nun direkt übers Handynetz angesprochen werden. Viele Geräte werden noch enger miteinander vernetzt sein. Online-Händler werden mit Drohnen Bestellungen automatisiert bis in den Vorgarten liefern können. Die Fahrt in den nächsten Urlaub wird wesentlich stressfreier ablaufen als bisher, da das Auto selbst fast alle Aufgaben übernehmen wird. Der vernetzte Kühlschrank hält die Zutaten für die Lunchpakete bereit, die er kurz zuvor frisch bestellt hat. Während der Fahrt kann man sich einen gestreamten Film angucken, man hat ja gerade nichts zu tun. Die Wohnung daheim wird während der Abwesenheit durch die smarte Alarmanlage bewacht. Wobei man nur hoffen kann, dass dies reibungslos funktioniert, denn einer der wichtigsten Kritikpunkte ist der, dass sowohl die Soft- als auch die Hardware des neuen Netzes wesentlich unsicherer und somit anfälliger für Spionage- und Hackerangriffe sein. Man geht im Moment von großen Sicherheitslücken aus, da es schwierig sein wird, die nötigen Updates schnell genug und flächendeckend durchzuführen. Eine Möglichkeit wäre, diesen Bereich an externe Anbieter abzugeben, aber damit würde man neue Einfallmöglichkeiten für Hackerangriffe schaffen.

Die Zukunft mit 5G

Doch bis es wirklich soweit ist, werden in Deutschland noch ein paar Jahre vergehen. Zwar war 5G in den letzten Wochen eines der wichtigsten Gesprächsthemen, was an der Versteigerung der 5G-Lizenzen lag. Es wurden rund 6,5 Milliarden Euro erlöst, die an die Bundesnetzagentur bzw. in den Sonderfond „Digitale Infrastruktur“ fließen. Die Zuschläge gingen an die Telekom Deutschland GmbH, an die Vodafone GmbH, an die Telefónica Germany GmbH & Co. OHG sowie an die 1&1 Drillisch Netz AG als neuem Netzanbieter. Fast alle Unternehmen kritisierten die mit der Auktion für sie verbundenen hohen Kosten, die den Mobilfunkbetreibern nun zum Netzausbau fehlen.
Bis die Netze annähernd flächendeckend ausgebaut sind, wird es allerdings noch etwas dauern. Entlang der Autobahnen und wichtigsten Bundesstraßen soll laut Telekom das Netz bis Ende 2022 ausgebaut werden, alle übrigen Bundesstraßen bis Ende 2024. Parallel wird das Netz in den Städten ausgebaut. Ende 2025 sollen 90% der Fläche der BRD mit 5G versorgt sein.
Der Speedcheck-Report, der im August 2019 von der Etrality GmbH veröffentlicht wurde, besagt übrigens, dass die Flächenabdeckung mit dem Mobilfunkstandard LTE (4G) in der Bundesrepublik bei 65,5% liegt, also nicht einmal bei zwei Dritteln. Im internationalen Vergleich liegt Deutschland damit auf Platz 70, weit hinter Südkorea, den USA, den Benelux-Ländern und dem Baltikum, aber immerhin vor Irland und Weißrussland.