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Mobilfunk

Was ist eigentlich 5G?

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26. Februar 2019

„Höher, schneller, weiter“ – dieser Leit­satz gilt nicht nur für den Sport, sondern auch für Mobil­funk­standards. Zumindest, was die Geschwindig­keit angeht: Aktuell steht mit 5G ein neuer Standard in den Start­löchern, der zwanzigmal schneller sein soll als das rasanteste Mobil­funk­netz der Gegen­wart. 5G soll nicht nur effizienteres Streaming für Verbraucher möglich machen, sondern auch das Zeit­alter des autonomen und vernetzten Fahrens einläuten. Und neben­bei die Smart City, Industrie 4.0 und die Tele­medizin vorantreiben.

Ein Unfall mit Rückstau, schlechte Straßen­verhältnisse, Öl auf der Fahr­bahn: Vor Gefahren wie diesen soll zukünftig die Vernetzung von Autos besser schützen. Statt sich nur auf die eigenen Augen und elektronische Assistenz­systeme zu verlassen, kann der Fahrer auf die Informationen voraus­fahrender Wagen zugreifen und sie seiner­seits mit den nach­kommenden teilen. Doch damit Autos störungs­frei und ohne Zeit­verzögerung miteinander kommunizieren können, reichen gängige Mobil­funk­verbindungen nicht aus. Richten soll es 5G. Netz­betreiber, Auto­mobil­hersteller und politische Entscheidungs­träger versprechen sich viel von der nächsten Generation des Mobil­funk­standards. Erheblich schneller und quasi verzögerungs­frei soll 5G Daten­ströme zu deutlich mehr End­geräten zur selben Zeit über­tragen können – und damit auch das Zeit­alter des autonomen Fahrens ermöglichen. Schon 2016 bezeichnete der damalige Verkehrs­minister Alexander Dobrindt 5G als „eine Schlüssel­techno­logie für das automatisierte und vernetzte Fahren“.

„5G ist eine Schlüsseltechnologie für das automatisierte und vernetzte Fahren: Sie ermöglicht die direkte Datenkommunikation zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur.“

Alexander Dobrindt, Bundesminister für Verkehr und digitale Infrastruktur von 2013 bis 2017

Automatisierte oder autonome Fahr­zeuge benötigen zenti­meter­genaue Daten über Position und Strecken­verlauf, Fahr­bahn­zustand, Verkehrs- und Wetter­lage sowie die Fahr­manöver anderer Autos. Zwar verfügen automatisierte Fahr­zeuge über eigene Sensoren, mit denen sie Verkehr und Umgebung scannen. Doch wenn die elektronischen Sinnes­organe etwa durch schlechte Witterungs­verhältnisse getrübt sind, können die 5G-Funk­komponenten eine zusätzliche Schutz­ebene bereit­stellen – indem sie die Autos mit Informationen aus Fahr­zeugen im näheren Umfeld und der Infra­struktur am Straßen­rand versorgen. Bedingung dafür sind hohe und stabile Über­tragungs­raten mit geringer Verzögerung.

Eine Frage der Latenz

Der neue Standard soll Geschwindig­keiten von zehn Gigabit pro Sekunde erreichen. Damit wäre er zwanzig­mal schneller, als das derzeit zackigste LTE-Netz in Deutschland. Ein 800 Mega­byte großer Film ließe sich so in weniger als einer Sekunde herunter­laden. Darüber hinaus soll 5G eine nahezu verzögerungs­freie Daten­über­tragung ermöglichen. Bei 3G liegt die Latenz­zeit noch bei rund 100 Milli­sekunden, bei LTE, also 4G, sind es noch bis zu 50. Mit 5G soll erstmals eine Reaktions­zeit von nur einer Milli­sekunde realisiert werden. Quasi in Echt­zeit wandern Daten dann vom Sender zum Empfänger. Für vernetzte Autos ein Quanten­sprung, wie die Mobil­funk­branche betont. „Ob Ihr Fahr­zeug auf der Auto­bahn bei 200 Stunden­kilo­metern zum Bremsen eine Reaktions­zeit von 50 oder einer Milli­sekunde hat, macht einen gewaltigen Unter­schied“, so Vodafone-Sprecher Dirk Ellenbeck gegen­über dem NDR. Konkret geht es um den Unter­schied von mehreren Metern oder wenigen Zenti­metern, die ein Auto braucht, um eine Voll­bremsung einzuleiten.

Schnelle und verlässliche Daten­verbindungen benötigen aber auch die vernetzten Maschinen der Fabrik 4.0, und sie könnten ebenso den intelligenten Strom­netzen der Smart City oder der Telemedizin zugute­kommen. Getestet wird 5G bereits in Berlin und Hamburg. In Darmstadt werden noch in diesem Frühjahr 18 5G-Antennen zu Test­zwecken installiert, die mittel­fristig eine teil­autonome Straßen­bahn mit Daten versorgen sollen. Wie umfang­reich die Abdeckung mit dem neuen Standard im Real­betrieb aussehen soll, darüber wird vor der für den kommenden März angesetzten Versteigerung der 5G-Frequenzen noch gestritten.

Konflikt zwischen Bundesnetzagentur und Mobilfunkanbietern

Die Bundesnetzagentur fordert, dass die an der Auktion beteiligten Netz­betreiber bis 2022 mindestens 98 Prozent aller Haushalte in jedem Bundes­land, alle Schienen­wege mit mehr als 2.000 Fahr­gästen pro Tag sowie alle Auto­bahnen und wichtigen Bundes­straßen mit einer mobilen Daten­geschwindig­keit von mindestens 100 Megabit pro Sekunde und einer Latenz von höchstens 10 Millisekunden versorgen. Bis Ende 2024 sollen dann auch die übrigen Bundes­straßen mit derselben Geschwindigkeit abgedeckt sein. Landes-, Staats- und zentrale Wasser­straßen sowie das restliche Zug­netz sollen bis zu diesem Zeit­punkt mit einer Daten­geschwindig­keit von mindestens 50 Megabit ausgestattet werden. Außerdem soll jeder Netz­betreiber 500 Funk­stationen von mindestens 100 Megabit auf bisher nicht versorgten weißen Flecken auf­bauen. Dabei müssen die Netz­betreiber diese Auflagen aber nicht voll­ständig durch den eigenen Netz­aus­bau bewältigen. Bei der Versorgung der Verkehrs­wege können sie sich den Ausbau anderer Mobil­funk­betreiber anrechnen lassen.

Dennoch kritisieren die Netzbetreiber die Auflagen als zu hoch und fürchten unwirtschaftlich hohe Ausgaben für Lizenz­kosten und Netz­aus­bau. So böten die für 5G bereit­gestellten kurz­welligen Frequenzen zwar einen hohen Daten­durch­satz, aber zugleich auch eine deutlich kürzere Reich­weite: Der Digital­verband Bitkom spricht von einem Kilo­meter. Aus diesem Grund seien sie für eine Flächen­versorgung nicht geeignet. Die Netz­betreiber müssten also erheblich mehr Basis­stationen aufbauen als beim bestehenden 4G-Netz. Zudem sei ein flächen­deckendes Glas­faser­netz Voraus­setzung, um die Sende­stationen mit der nötigen Band­breite versorgen zu können. Die Bundes­netz­agentur kündigte ihrer­seits an, in den kommenden Jahren weitere Frequenzen zu vergeben, die für die Flächen­versorgung besser geeignet seien.

Sämtliche Anbieter – Telekom, Vodafone und Telefónica (O2) – haben gegen die Auktions­bedingungen Klage eingelegt. Angefangen mit Telefónica sind mittler­weile auch alle drei noch einen Schritt weiter­gegangen und haben beim Verwaltungs­gericht Köln einen Eil­antrag eingereicht, durch den die Frequenz­auktion bis zur Entscheidung über die Vergabe­regeln aufgeschoben werden soll. Im schlechtesten Fall wird sich der für 2020 geplante Einstieg in das Zeit­alter der Vernetzung also noch etwas verzögern.

Vom A-Netz bis 4G

1G
Am Anfang des Mobil­funks in Deutschland stand 1958 das analoge A-Netz unter 1G. Gespräche wurden hier noch per Hand vermittelt. Erst mit dem B-Netz ab 1972 hielt das Selber­wählen Einzug in den Mobil­funk. Wer einen Mobil­funk­teil­nehmer anrufen wollte, musste aller­dings wissen, wo der sich befand, und die entsprechende Vor­wahl eingeben. Wirklich mobil war der Mobil­funk ohne­hin noch nicht: Verließ man den Funk­bereich einer Funk­stelle, wurde das Gespräch abgebrochen. Das änderte sich 1985 mit dem immer noch analogen C-Netz.

2G
Die zweite Generation erhielt ihre Start­erlaubnis 1991 mit dem digitalen D-Netz, das auf dem GSM-Standard (G) basierte. Das digitale Über­tragungs­verfahren via GSM verbesserte die Sprach­qualität erheblich. Zudem konnten erst­mals auch Daten wie SMS über­tragen werden. GSM erreichte eine Band­breite von 14,4 Kilobit pro Sekunde, die im Jahr 2001 mit GPRS auf bis 55 KBit/s gesteigert wurde. Die GSM-Erweiterung Edge (E) brachte es ab 2006 auf Band­breiten bis zu 150 KBit/s und wurde seiner­zeit vom ersten iPhone verwendet. Heute steht E auf dem Handy­display für mobiles Internet im Schnecken­tempo.

3G
UMTS erlaubte ab 2004 eine Band­breite von 384 KBit/s und machte es erstmals möglich, zwei verschiedene Daten­ströme gleichzeitig zu senden und zu empfangen. Während eines Telefonats konnte man also parallel eine E-Mail bekommen – die Ära des mobilen Internets war damit offiziell ein­geläutet. Weil die Daten­raten schnell an ihre Grenzen stießen, entstand 2006 die UMTS-Erweiterung HSPA (H), die zunächst Downloads von 1,8 MBit/s erlaubte, in der letzten Aus­bau­stufe HSPA+ 2011 dann Über­tragungen von 28 MBit/s im Download und 11 MBit/s im Upload.

4G
2011 startete der neue Standard 4G. LTE (Long Term Evolution) setzte auf der UMTS-Infra­struktur auf, nutzte jedoch das Frequenz­spektrum wesentlich effektiver als die Vor­gänger. Meist wird eine Band­breite bis zu 50 MBit/s im Download angeboten. LTE Advanced macht aber mittlerweile Geschwindig­keiten von bis zu 500 MBit/s möglich.

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