5G Technologie verstehen und anwenden
Die 5G Technologie ist der neue Kommunikationsstandard im Mobilfunkbereich. Sie schafft die Grundlage für eine Vielzahl an Anwendungen und ermöglicht so neue Nutzererlebnisse. Damit unterstützt 5G die Digitalisierung in vielen Lebens- und Wirtschaftsbereichen.
5G – Wieso überhaupt?
An die Telekommunikationsnetze werden neue und komplexe Anforderungen gestellt, unter anderem durch den exponentiellen Anstieg der mobilen Datenvolumina. Nicht nur im privaten Umfeld, sondern auch in der Wirtschaft wird der mobile Zugriff auf Daten immer wichtiger.
Der Mobilfunkstandard 5G setzt neue Maßstäbe, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Übertragungsraten von mehr als 1 Gbit/s, eine deutlich höhere mögliche Gerätedichte und schnellere Reaktionszeiten stellen die Grundlage für Anwendungen der Zukunft dar, welche in vielen Lebens- und Wirtschaftsbereichen zum Tragen kommen werden. Die technischen Möglichkeiten, die mit der Umstellung auf 5G einhergehen, sind dabei so vielfältig und umfangreich, dass die Technologie als einer der maßgeblichen Treiber der Digitalisierung angesehen wird.
Seit September 2019 ist 5G in den deutschen Mobilfunknetzen für Endnutzer*innen verfügbar. Die Mobilfunknetzbetreiber bauen seitdem die 5G Kapazitäten und Verfügbarkeiten immer weiter aus. LTE bzw. 4G wird dabei nicht abgeschaltet, sondern parallel für den flächendeckenden mobilen Datenverkehr genutzt. 2G bleibt ebenfalls weiterhin als Sicherheitsnetz für Anrufe und Kurznachrichten aktiv.
Das steckt dahinter – Einblick in die Potenziale der 5G Technologie
Mit der Einführung von 5G werden eine Vielzahl an Anwendungen und neuen Nutzererlebnissen ermöglicht. Dies wird durch deutliche Verbesserungen gegenüber der vorherigen Mobilfunkgeneration 4G bedingt:
- bis zu 10-fache Datenübertragungsraten
- mindestens 10-fach geringere Latenz von bis zu 1 ms
- Nutzung exklusiver Frequenzen (für Campusnetze)
- Vernetzung sehr vieler Endgeräte
Funktionsweise von 5G
Die fünfte Mobilfunkgeneration unterscheidet sich von ihren Vorgängern durch vielfältige technische Neuerungen. Unter anderem wird das sogenannte Beamforming eingesetzt, mit dem die Sendeleistung durch aktive Antennen auf bestimmte Endgeräte bzw. Nutzer*innen einzeln fokussierbar ist und bedarfsorientiert angepasst wird.
Generell liegen die signifikanten Vorteile der fünften Mobilfunkgeneration in drei Dimensionen: Kapazität, Latenz und dem sogenannten Slicing.
Die Nutzung der Frequenzen für Datenübertragung erfolgt deutlich effizienter und es kommen neue optimierte Übertragungsprotokolle zur Anwendung. In Kombination mit den neuen Frequenzbereichen sind Datenraten von maximal bis zu 10 Gbit/s möglich oder eine größere Anzahl an Teilnehmer*innen pro Mobilfunkzelle kann gleichzeitig versorgt werden.
Latenz beschreibt die Reaktionszeit eines Netzes, konkret die Verzögerung, die bei der Datenübertragung entsteht. Diese kann bei 5G bis zu nur 1 ms bedeuten und entspricht damit nahezu einer Echtzeitübertragung. Dies schafft eine Vielzahl neuer Anwendungsszenarien.
Mit dem „Slicing“ hält eine neue Dimension Einzug in den Mobilfunk, die es ermöglicht, einzelne Netze virtuell und logisch auf Basis einer einheitlichen physikalischen Netzwerkstruktur zu trennen. In diesem Zusammenhang wird es eine Vielzahl von Netzebenen geben, die parallel unterschiedliche Anwendungen bedienen können, zum Beispiel für Kunden aus der Industrie. Jede Anwendung erhält eine eigene und passende Ebene.
Bedarfsgerechte Bereitstellung der Infrastruktur unter Nutzung unterschiedlicher Frequenzbereiche
5G nutzt Frequenzen, die bereits durch die vorherigen Mobilfunkgenerationen genutzt werden, sowie auch höhere Frequenzbereiche. Generell gilt: je höher die Frequenz, desto höher die möglichen Datenraten. Allerdings verringert sich die Reichweite des Signals mit zunehmender Frequenz.
Mit steigendem Nutzer*innen- bzw. Endgeräteaufkommen wird der Einsatz höherer Frequenzbereiche notwendig, um zusätzliche Kapazität zu schaffen. Es werden daher in Ergänzung zu bestehenden sogenannten Makro-Standorten (4G, 5G), die das Signal mit dafür geeigneten Frequenzbereichen in die Fläche tragen, bedarfsgerechte Verdichtungen des bestehenden Netzes erfolgen, um kapazitive Anforderungen erfüllen zu können. Zudem werden in Städten und an viel besuchten Orten (Stadien, Flughäfen, etc.) sogenannte 5G-Kleinzellen erprobt. 5G wird also bedarfsorientiert je nach Anzahl und Dichte der zu versorgenden Endgeräte Zug um Zug zur Verfügung gestellt.
5G in der Praxis – Anwendungsszenarien für Industrie und Kommunen
Die technischen Neuerungen, die mit der fünften Mobilfunkgeneration einhergehen, bieten eine Vielzahl von neuen Anwendungsmöglichkeiten: Nicht nur für Industrie und Unternehmen, sondern auch für Städte und Kommunen.
Mögliche 5G-Anwendungen für Industrie und Unternehmen:
- Echtzeitsteuerung von Maschinen
- Verwendung digitaler Zwillinge
- Vollautomatisierte Mobilität auf dem Werksgelände
Mögliche 5G-Anwendungen für Städte und Kommunen:
- Intelligente Verkehrssteuerung und Straßenbeleuchtung
- Smart Grids (Intelligente Stromnetze) und effektivere Parkraumbewirtschaftung
- Echtzeit 3D-Kartendaten
5G zum Erleben – Demo zur interaktiven Anwendung
In der nachfolgenden interaktiven Demo finden Sie durch wenige Klicks weitere Informationen zu 5G, den Eigenschaften von 5G-Campusnetzen sowie möglichen Anwendungenbeispielen für Industrie und Kommunen.
Erleben Sie die interaktive Welt der 5G Netze
5G-Campusnetze
Eine Möglichkeit, die 5G bietet, ist die drahtlose Vernetzung innerhalb eines räumlich abgrenzten Bereichs für einen exklusiven Nutzerkreis. Dies erfolgt durch den Aufbau lokaler 5G-Mobilfunkinfrastruktur, sogenannter Campusnetze. Damit ist es möglich, beispielsweise Produktions- und Logistikprozesse zu automatisieren und flexibel zu steuern. Zum Einsatz kommen können diese in sich geschlossenen 5G-Netze beispielsweise für Prozesse in der Industrie, an Logistikstandorten (z.B. Häfen, Flughäfen, Lagerstätten), in Forschungseinrichtungen, an Hochschulen sowie in Kommunen.
Campusnetze sind exklusive Mobilfunknetze für ein definiertes lokales Firmengelände, kommunale Einrichtungen wie Universitäten oder einzelne Gebäude und Plätze, wie beispielsweise ein Bürohaus oder eine Veranstaltungsfläche. Sie sind auf die individuellen Bedürfnisse der Nutzer*innen zugeschnitten und erfüllen zukünftige Anforderungen aus dem Umfeld der Industrie 4.0.
Campusnetze sind an Standorten jeder Größenordnung vielseitig einsetzbar. Die 5G Technologie bietet dafür viele der erforderlichen Eigenschaften, wie eine hohe Bandbreite, kurze Latenzen und eine verbesserte Verfügbarkeit. Sie ermöglichen automatisierte und effiziente Abläufe – ein klarer Wettbewerbsvorteil.
Um beispielsweise die hochentwickelten und automatisierten Produktions- und Logistikverfahren zu beschleunigen, entsteht zusätzlich zum öffentlich verfügbaren Mobilfunknetz auf dem Werksgelände ein separates privates 5G-Netz. Ein Unternehmen kann auf diese Weise vorhandene Ressourcen und Netzkapazitäten unabhängig von anderen Nutzern verwenden, da das exklusive und auf den Kundenbedarf optimierte Campusnetz nicht öffentlich zugänglich ist. Dies bedeutet, dass die Ressourcen u. a. nicht geteilt werden müssen, wie es in einem öffentlichen Netz der Fall ist. Durch das exklusive Campusnetz werden bestimmte Eigenschaften garantiert, die für moderne Geschäftsprozesse sowie innovative Anwendungen der Industrie 4.0 unverzichtbar sind:
- geschlossenes Funknetz
- hohe Datensicherheit
- schnelle Datenübertragung mit niedrigen Latenzzeiten
- garantierte Verfügbarkeit von hohen Bandbreiten mit einem definierten Datendurchsatz
- sehr hohe Zuverlässigkeit
- geringer Energiebedarf
Der Zugriff vom öffentlichen Netz auf das Campusnetz ist nicht möglich. Umgekehrt kann das private Funknetz jedoch an das normale Mobilfunknetz angebunden sein, damit Firmen mit Partnern, externen Dienstleistern oder Zulieferern kommunizieren können. Diese Kombination aus einem privaten und einem öffentlichen Netz werden auch als „Dual Slice Lösung“ bezeichnet.
