5. Generation

Die Mobilfunktechniken werden durch Mobilfunkgenerationen repräsentiert, die mit Ziffern bezeichnet werden. Nach dieser Hierarchiegliederung stand die 4. Generation (4G) im Zeichen von Long Term Evolution (LTE). 5G ist die Bezeichnung der ITU für ein Mobilfunknetz der 5. Generation (5G) mit Datenraten im Gigabit-Bereich. 5G wird vom 3rd Generation Partnership Project (3GPP) mit der Initiative IMT-2020 vorangetrieben und ist als umfassendes Konzept zu verstehen, das verschiedene Netzwerke, Technologien und Anwendungen umfasst.


Ein Beispiel für die 5G-Standardisierung ist die Luftschnittstelle New Radio (NR), die größere Frequenzbereiche abdeckt. Release 15 von Long Term Evolution Advanced (LTE-A) ist ein Standard für New Radio. Daneben geht es auch um das hochflexible Kernnetz. In 5G-Netzen sollen alle 5G-Endgeräte betrieben werden können, unabhängig von ihrer Technologie.

5G mit Datenraten im Gigabit-Bereich

Die 5. Generation (5G) unterstützt innerhalb von Funkzellen Datenraten von 20 Gbit/s im Downlink und 10 Gbit/s im Uplink aus. Den Endanwendern stehen Datenraten von 100 Mbit/s im Downlink und 50 Mbit/s im Uplink zur Verfügung. Die Flächenkapazität liegt bei 10 Mbit/s pro Quadratmeter.

Bei der 5G-Technik geht es primär um Kapazitätssteigerungen. Diese können durch verbesserte Modulationsverfahren wie dem Generalized Frequency Domain Multiplexing (GFDM), Mehrträgerübertragungen, Träger-Aggregation, OFDMA, QPSK, 3D-MIMO und Massive MIMO, Adaptive Antenna System (AAS), räumlichem Beamforming, Ultra Low Latency (ULL) mit Latenzzeiten von unter 1 ms, Verkleinerung der Funkzellen hin zu Femtozellen und einigen anderen Techniken erreicht.

Die Frequenzbereiche von 5G

Was die Frequenzbereiche für 5G in Deutschland betrifft, so geht es in der ersten Zeitplanung um Frequenzen bis 40 GHz, später um den Frequenzbereich bis 100 GHz. Und bei den Millimeterwellen um die Frequenzbereiche von 71 GHz bis 76 GHz und von 81 GHz bis 86 GHz. Im Frequenzbereich unterhalb 40 GHz geht es in den ersten Planungen um die Frequenzbereiche zwischen 3,4 GHz und 3,8 GHz und für Hotspots um Frequenzen zwischen 24,25 GHz und 27,5 GHz. Bei Frequenzbereichen über 20 GHz liegen die Bandbreiten bei 100 MHz, 200 MHz und 400 MHz. Mit mehrfacher Trägerbündelung werden Bandbreiten bis zu 2 GHz erreicht. Die hohen Frequenzen haben eine extrem hohe Freiraumdämpfung und werden für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen mit Mikrowellen-Richtfunk eingesetzt. Zur Netzabdeckung von 5G sind sie weniger geeignet, weil diese Frequenzen eine extrem hohe Dichte an Basisstationen und vielen Antennen voraussetzen. Neben den genannten Frequenzen könnte das Frequenzband der digitalen Dividende bei 800 MHz für Broadband Fixed Wireless Access (BFWA) und der Mikrowellenbereich bei 2,5 GHz für 5G genutzt werden.

5G-Konzepte und -Anwendungen

Die 5G-Technik unterstützt Mesh Networks in denen die Mobilfunkgeräte als Relay-Stationen für andere Mobilgeräte mit schlechtem Empfang agieren. Des Weiteren unterstützen sie Software Defined Networking (SDN) für ein flexibleres Backbone-Netz und Device-to-Device Communication (D2D), bei der die Mobilgeräte innerhalb einer Funkzelle direkt miteinander kommunizieren und so die Basisstation entlasten. Außerdem wird die Netzwerkinfrastruktur mittels Network-Slicing partitioniert und mit Network Functions Virtualization (NFV) eine hohe Flexibilität zwischen Kernnetz und mobilen Zugang sichergestellt.

Was die Einsatzbereiche betrifft, so geht es bei den Mobilfunknetzen der 5. Generation um mobile Dienste mit höchster Bandbreite, Enhanced Mobile Broadband (eMBB), um Mobile Computing, Social Networking, Video-Sharing, Maschine-zu-Maschine-Kommunikation (M2M), um die Verkehrssteuerung, Smart Cities, Echtzeitkommunikation im Web und weitere Mobile Services wie e-Health und um Einsatzgebiete im Internet of Things (IoT) bzw. im Industrial Internet of Things (IIoT). Die ITU hat für die Mobilkommunikation der 5. Generation drei Dienstkategorien festgelegt: Enhanced Mobile Broadband (eMBB) konzentriert sich auf Dienste mit hohen Bandbreiten. Bei Ultra Reliable Low Latency Communication (uRLLC) geht es um latenzsensitive Dienste wie autonomes Fahren, und bei Massive Machine-Type Communications (mMTC) geht es um Services mit hoher Anschlussdichte. Des Weiteren werden Hochverfügbarkeit und ein möglichst geringer Energieverbrauch gefordert, der etwa ein Zehntel der heutigen Systeme beträgt.

Datenraten 
   der verschiedenen Mobilfunknetze

Datenraten der verschiedenen Mobilfunknetze

Anhand der Einsatzgebiete erkennt man, dass einerseits Datenverkehr mit hoher Bandbreite, wie er beispielsweise beim Videostreaming auftritt, bewältigt werden muss, andererseits aber auch einzelne kleine Datenpakete über 5G-Netze versand werden, die die Sensordaten im Internet of Things (IoT) oder Daten von Smart Wearables beinhalten. Es geht also auch, oder im Besonderen, um die Kommunikation von preiswerten Endgeräten, den Low End Devices. Darüber hinaus müssen die Dienste unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden. So werden bei der M2M-Kommunikation und der Car-to-Car-Kommunikation geringste Latenzzeiten von wenigen Millisekunden gefordert oder beim BOS-Funk müssen gesetzliche Sicherheitsstandards erfüllt werden. Was die Anschlussdichte betrifft, so soll 5G Milliarden Benutzer und Trillionen Dinge vernetzen.

Informationen zum Artikel
Deutsch: 5. Generation
Englisch: fifth generation - 5G
Veröffentlicht: 03.01.2019
Wörter: 735
Tags: #High-Speed-Mobilfunk
Links: 3D-MIMO-Technik, 3GPP (third generation partnership project), 4. Generation, AAS (adaptive antenna system), Bandbreite