5G führt den klassischen Mobilfunk fort, fügt aber auch vieles Neue hinzu und hebt sich deshalb stark von Vorgängern ab. Im Prinzip wurde die Standardisierung bereits 2012 von International Telecommunication Union (ITU) angestoßen, seit 2016 wird 5G im Rahmen des 3rd Generation Partnership Project (3GPP) entwickelt. Der Standard definiert sowohl die Luftschnittstelle als auch den Backbone neu.

Die Basisdefinitionen: Als Zugriffsverfahren kommt wie bei LTE OFDMA (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) zum Einsatz, als Modulationsverfahren QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying) sowie 16-, 64-, 256- und 1024-QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Die maximale Kanalbreite beträgt 400 MHz (LTE: maximal 20 MHz), die maximale Datenrate im Downlink beträgt 20 GBit/s, im Uplink 10 GBit/s. Die minimale Latenz soll zwischen 0,5 und 4 ms betragen. Eine Unterbrechungszeit beim Handover zwischen Zellen darf es nicht geben, gleichzeitig liegt die maximale Geschwindigkeit, mit der sich 5G-Endgeräte ohne Verlust des Netzzugangs bewegen dürfen, bei 500 km/h. Und es sind bis zu 1 Million Geräte pro Quadratkilometer möglich.

Für die Basisdefinitionen gilt: Es sind nur prinzipielle Merkmale des 5G-Baukastens. Kein Gerät wird gleichzeitig die maximale Bandbreite bei minimaler Latenz und niedrigster Leistungsaufnahme bieten. Die maximale Datenrate werden zum Beispiel stationäre 5G-Router für den Festnetzanschluss liefern, minimale Latenzen hingegen Industriegeräte als Ethernet-Ersatz.


Für Wearables (Smart Watches, intelligente Kleidung etc.) und IoT-Geräte (Auto- oder Personen-Tracker, Wasseruhren, Stromzähler, Milchkannen usw.) sind wiederum Module mit hoher Energieeffizienz in Arbeit, die jahrelang mit einer Knopfzelle auskommen. Neu ist das nicht, aber nach Sigfox, LoRaWAN, Bluetooth LE und anderen Sparfunkern mischt nun auch die Mobilfunkindustrie mit und lockt mit höheren Funkreichweiten und robusteren Übertragungen. 2019 wird das Jahr, in dem erste ausgereifte und preiswerte Mobilfunkmodule antreten, um ihre steinzeitlichen GPRS-Vorgänger abzulösen. Ob die Mobilfunktechniken NB-IoT und M1 das Zeug haben, den etablierten Schmalfunkern das Wasser abzugraben, wird spannend zu beobachten sein: Mobilfunk-IoT bedeutet auch Mobilfunkkosten. Die fallen bei Bluetooth, LoRaWAN & Co. nicht an.

Auch Smart Cities, autonome Fahrzeuge und digitales Gesundheitswesen bekommen mit 5G neuen Schub. In Pilotprojekten hat man ausführlich erprobt, wie sich IoT-Techniken für Parkleitsysteme oder die Steuerung der Straßenbeleuchtung nutzen lassen. Ein komplett neues Feld will sich die Mobilfunkbranche mit speziellen Erweiterungen für die Industrie eröffnen. Vor allem sollen minimale Signallaufzeiten unter einer Millisekunde Interessenten aus der Fabrikautomation und Produktion locken. 5G hat das Potenzial, viele industrielle Prozesse zu verbessern und manche auch umzuwälzen.

Schnellere Datenraten wird man am eigenen Smartphone bemerken -- weniger beim Chatten, Websurfen oder Streaming, sondern am ehesten noch bei Upload-Vorgängen. Das ist zurzeit der Flaschenhals für Cloud-Synchronisierungen, den Foto- und Video-Versand. Ein Indiz für schnellere Uplinks sind Chipsätze, die immer mehr von den fortgeschrittenen Mobilfunkspezifikationen nutzen. Das sind Multiträgerbündelungen (Carrier Aggregation), höherwertige Modulationen (256-QAM sogar in Uplink-Richtung, während anfangs 64-QAM sogar in Downlink-Richtung vorherrschte) und noch mehr parallele Datenströme mit 4x4- oder sogar 8x8-MIMO (Multiple Input Multiple Output).


Die Technik

Vereinfacht kann man sagen: Je breiter ein Funkband ist, desto schneller kann es Daten transportieren. Beispielsweise liefert WLAN mit 40 MHz breiten Kanälen 450 MBit/s. Für Gigabit-LTE und 5G sind aber weit breitere Bänder erforderlich. Die gibt es aber nicht am Stück. LTE kompensiert das, indem es Bänder ab 1,4 MHz bis 20 MHz Breite bündelt (Carrier Aggregation). Erst damit sind die für Gigabit-Niveau erforderlichen Systembandbreiten möglich (z. B. 32 Träger für eine maximale Systembandbreite von 640 MHz). 100 MHz Systembandbreite sind für viele LTE-Netze fast schon das obere Ende der Fahnenstange. 5G ist für ein Mehrfaches davon ausgelegt.

LTE und 5G stehen weltweit etliche unterschiedlich breite Funkbänder ab 450 MHz bis rund 6 GHz zur Verfügung. Das ist in 5G-Sprech der Frequency Range 1 (FR1). Zusätzlich bekommt 5G Kapazitäten im mmWave-Bereich, die im 3GPP Release 15 neu spezifiziert wurden. Das ist der Frequency Range 2 (FR2). Er startet bei 24 GHz und reicht aktuell bis 52,6 GHz hinauf. Möglicherweise kommen Teile aus dem Bereich 64 bis 86 GHz hinzu.

Außerdem haben die Mobilfunker für LTE und 5G unlizenzierte Bänder erschlossen. Es gibt mehrere Verfahren dafür. Am meisten verbreitet sind LAA und LTE-U (28 Betreiber investieren in LAA, 11 in LTE-U). Dabei ist die 3GPP hauptsächlich scharf auf das 5-GHz-Band. Das dürfte vor allem WLAN-Nutzer treffen. Weltweit sind bereits rund 100 LTE-Geräte erhältlich, die unlizenzierte Bänder nutzen können. Davon sind 40 für LAA ausgelegt, 45 für LTE-U und 16 für LWA.

Das erste für 5G genutzte Band wird vermutlich im 700-MHz-Bereich liegen. Die Nutzungsrechte dafür sind schon 2015 vergeben worden, in diesem Jahr werden sie frei. Die Bundesnetzagentur (BNetzA) versteigert das im 2-GHz-Bereich ehemals für UMTS vergebene Band neu und hat weitere Kapazitäten im Bereich von 3,4 bis 3,7 GHz locker gemacht.



https://www.ibes.ch/5g-strahlung/?gclid=EAIaIQobChMIoMbAyMaV5wIVyZrVCh2NdwnkEAAYASAAEgIR_PD_BwE

https://www.m-net.de/newsroom/5g-zukunft/

pdf OFFENER BREIF an Frau BR Sommaruga G5.pdf