Es ist gerade sieben Jahre her, als 2010 Vodafone und die Deutsche Telekom die ersten Basisstationen der vierten Mobilfunkgeneration (4G – LTE) in Deutschland in Betrieb nahmen. Mittlerweile haben drei deutsche Mobilfunkprovider (Telekom, Vodafone und Telefónica Deutschland) leistungsfähige und flächendeckende LTE-Netze in Betrieb. Diese haben durch ihre hohen Übertragungsraten für einen enormen Leistungsschub in der mobilen Datenkommunikation gesorgt. Die möglichen Down- und Uploadraten wurden durch Erweiterungen des LTE-Standards stetig verbessert.
Vodafone versorgt 2017 erste Städte mit bis zu 500 Mbit/s. Ende 2017 konnten die Kunden in 30 Städten mit einem halben Gigabit surfen. Um 500 Mbit/s in einer Funkzelle anzubieten, bündelt Vodafone verschiedene Frequenzbereiche nach dem LTE Advanced Standard zu einer virtuellen Bandbreite von 50 Megahertz. Hierfür verwendet der Mobilfunkanbieter jeweils ein 20-MHz-Träger im 1.800- und 2.600-MHz-Band und einen 10-MHz-Träger im 800-MHz-Band. Zusätzlich nutzt der Betreiber die höhere Modulationsstufe 256QAM. Doch es geht noch schneller bei LTE. Im Oktober 2017 stattete Vodafone als erster Provider in Deutschland den Standort Düsseldorf, den Hauptsitz von Vodafone Deutschland, mit LTE-Geschwindigkeiten von bis zu 1 Gbit/s aus. Es folgten 2018 weitere Städte wie Hannover und Hamburg.
Immer mehr Endgeräte wie das Samsung Galaxy S10 oder Huawei Mate 20 Pro unterstützen diese neue Technik. Die beiden Smartphones sind so genannte Cat-16-Geräte und theoretisch für Geschwindigkeiten bis zu einem Gbit/s und einer virtuellen Bandbreite von 80 Megahertz ausgelegt. Die LTE-Prognose für Deutschland legt nahe, dass auch die anderen Provider ihre Übertragungsraten in naher Zukunft weiter steigern werden. Die Deutsche Telekom ermöglicht schon heute bis zu 375 Megabit pro Sekunde.
Was versteht man unter LTE Advanced Pro?
Bei LTE Advanced Pro handelt es sich um eine Erweiterung von LTE Advanced auf Basis der Mobilfunktechnik der vierten Generation (LTE). Die zuständige Normungsinstanz 3GPP (3rd Generation Partnership Project) definiert LTE Advanced Pro als die Spezifikationen ab dem 3GPP-Release 13. Häufig wird für LTE Advanced pro auch die Bezeichnung 4.5G verwendet. Diese verdeutlicht, dass es sich um eine Weiterentwicklung von 4G handelt, die einen Übergang zur Mobilfunktechnik der fünften Generation (5G) schafft. 4.5G ist allerdings kein offizieller Name und wird teilweise sowohl für LTE Advanced als auch für LTE Advanced Pro verwendet.
Technisch ermöglicht 4.5G mit einer Übertragungsrate von einem Gigabit pro Sekunde erstmals Übertragungsgeschwindigkeiten im Gigabitbereich. Gleichzeitig sinkt die Latenz auf einen Wert von nur noch etwa zehn Millisekunden. Um dies zu erreichen, bündelt LTE Advanced Pro mehrere Spektrumsteile und verwendet die Mehrantennen-Technik (MIMO) verknüpft mit 256QAM. Da LTE-Advanced Pro zu LTE abwärtskompatibel ist, sind die Investitionen der Mobilfunkprovider in ihre Infrastruktur geschützt. Sie können ihre Netze durch Anpassungen mit dieser LTE-Erweiterung ausstatten. Die dem 3GPP-Release 13 folgenden Releases 14 und 15 schaffen mit weiteren Funktionen einen fließenden Übergang zu 5G.
Anwendungen für den 5G-Mobilfunk
Mit dem Mobilfunk der fünften Generation (5G) werden Datenraten von bis zu zehn Gigabit pro Sekunde möglich. Damit ist 5G zehnmal schneller als der aktuelle LTE Advanced Pro Standard. Die 5G-Definition der Internationalen Telekommunikations Union (ITU) wurde Ende 2017 verabschiedet. In ersten Ländern wie Südkorea oder den USA sind kommerzielle Netze des 4G-Nachfolgers bereits gestartet. Nach den Planungen der Europäischen Union erreicht die 5G-Technik im Jahr 2020 Marktreife.
Technisch baut 5G auf 4G und LTE Advanced Pro auf. Allerdings erfordert 5G die Einführung neuer Luftschnittstellen mit höheren Frequenzbereichen. Zudem sind die Funkzellen wesentlich enger und performanter zu vermaschen. 5G erlaubt die Nutzung von wesentlich höheren Frequenzen. Die Beschränkung auf die bei LTE üblichen 20-MHz-Bänder und Bündel von 20-MHz-Bändern entfällt. Unter sechs Gigahertz soll der Mobilfunkstandard der fünften Generation beispielsweise den Frequenzbereich von 3,4 bis 3,8 Gigahertz nutzen und bis zu 100 Megahertz pro Träger ermöglichen.
Oberhalb von sechs Gigahertz kann der Mobilfunkstandard Trägerbandbreiten von einem Gigahertz und mehr realisieren. Die Erweiterung der Frequenzbereiche stellt eine wesentliche Voraussetzung für die Erhöhung der Datenraten bis zu zehn Gigabit pro Sekunde dar. Allerdings müssen diese Frequenzen in den einzelnen Ländern wie bei UMTS oder LTE wieder neu lizenziert werden. Aktuell läuft die 5G-Auktion in Mainz mit vier Bietern. Die wichtigsten Leistungsmerkmale des LTE-Nachfolgers sind:
– Datenraten von bis zu zehn Gigabit pro Sekunde
– Latenzzeiten von weniger als einer Millisekunde
– Verwendung neuer, höherer Frequenzbereiche
– geringerer Energieverbrauch je Mobildienst und übertragenem Bit
Anwendungen für den 5G-Mobilfunk
Durch die höhere Leistungsfähigkeit der Mobilfunknetze und Mobilfunkendgeräte der fünften Generation entstehen neue Anwendungsfelder. 5G soll mobilen Anwendungen im Bereich von Augmented Reality, Virtual Reality und 360-Grad-Videos zum Durchbruch verhelfen. Zudem wird das mobile Konsumieren von hochauflösenden 4K-Videoinhalten mit den hohen Datenraten möglich. Die neue Mobilfunktechnik schafft die Voraussetzungen für das vernetzte, autonome Fahren. Das autonome Fahren ist davon abhängig, dass mobile Daten in Echtzeit flächendeckend zur Verfügung stehen.
Weitere Anwendungsbereiche sind die Vernetzung von Industrieanlagen (Stichwort Industrie 4.0), die Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) und das Internet of Things (IoT). Insgesamt soll der Nachfolger von LTE einen wesentlichen Beitrag zur Digitalisierung von Deutschland leisten. Experten erwarten für die Mobilfunkkunden durch die neue Qualität der Mediennutzung eine Revolution des digitalen Alltags.
Wann startet 5G in Deutschland?
Auch wenn in den aktuellen LTE-Netzen der deutschen Provider die Möglichkeiten der 4G-Technik noch lange nicht ausgeschöpft sind und die LTE-Prognose eine weitere Zunahme der maximalen LTE-Datenraten vorhersagt, bereiten sich die Mobilfunkanbieter schon intensiv auf den Nachfolgestandard der fünften Generation und dessen Einführung vor. Aktuell bieten Deutsche Telekom, Vodafone, Telefónica Deutschland und 1&1 Drillisch um die 5G-Frequenzen. Kommerzielle Netze der Mobilfunktechnologie der fünften Generation werden ab dem Jahr 2020 erwartet.
Mit dem Samsung Galaxy S10 5G, One Plus 7 und Huawei Mate X sind erste passende Geräte für den Mobilfunkstandard auf dem Markt. Vor der Einführung des 4G-Nachfolgers sind die Hersteller längst mit der Entwicklung und der Erprobung beschäftigt. Beispielsweise hat der Chiphersteller Qualcomm das erste 5G-Modem mit maximalen Datenraten von fünf Gbit/s auf dem Markt gebracht. Auf der CES 2019 und dem MWC 2019 wurden zahlreiche Geräte für den Mobilfunkstandard vorgestellt, die bereits verfügbar sind oder noch im Lauf des Jahres auf den Markt kommen.
Für Deutschland sind nach aktuellem Kenntnisstand folgende grobe Meilensteine bei der Einführung von 5G zu erwarten. Nach erfolgter Auktion erwarten Experten Ende 2019 erste Pilotnetze zur Erprobung von Anwendungen rund um das autonome Fahren und der Industrie 4.0. Die Einführung für den Massenmarkt und die alltagstaugliche Nutzung von 5G wird aller Voraussicht nach frühestens im Jahr 2020 möglich sein. Diese Schätzungen sind allerdings recht optimistisch. Für realistischer gelten Prognosen, die mit alltagstauglichen 5G-Netzen ab
Ob sich die Technik zu diesem Zeitpunkt schon bei Privatkunden durchsetzt, bleibt abzuwarten. Abhängig ist dies von der Verfügbarkeit von Endgeräten, von den Tarifmodellen der Provider, von den Anwendungen für Privatkunden und eventuell von flankierenden Maßnahmen der Politik. Da bereits heute mit LTE Advanced Pro Netze und Mobilfunkendgeräte für Datenraten von bis zu einem Gigabit pro Sekunde verfügbar sind, ist es entscheidend, dass ein echter Bedarf für Bandbreiten von zehn Gigabit pro Sekunde durch neue Anwendungen und Einsatzszenarien entsteht. Auch UMTS konnte sich letztendlich erst durch den Siegeszug der Smartphones im Massenmarkt etablieren. Weltweit werden wahrscheinlich wieder Asien und Südkorea sowie die Vereinigten Staaten Vorreiter des Mobilfunks der fünften Generation sein.