c't 8/2019
S. 58
Hintergrund
5G-Mobilfunk
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Schrittweise Revolution

5G krempelt Smartphone, Router, Auto und Industrieproduktion um

Die Mobilfunktechnik der fünften Generation macht bereits im Vorfeld Furore – dabei kommt 5G nicht auf einmal, als großer Klops, sondern nur stufenweise im Laufe von Jahren. Aber dennoch werden die Auswirkungen umwälzend sein – besonders für Autofahrer. Derweil zeichnet sich in den Glaskugeln mancher Fachleute sogar schon 6G schemenhaft ab.

Während die zweite und dritte Mobilfunkgeneration (2G, 3G) allmählich wegdämmern, steht die vierte – LTE – im Zenit: Die Technik gilt als ausgereift. Sie eignet sich bereits für das Internet der Dinge, für Maschinensteuerung und Autovernetzung und sie liefert Gigabit-Datenraten – wozu also 5G?

Ein naheliegender Grund ist: Die Mobilfunkbranche ist so erfolgreich, dass viele LTE-Basisstationen überlastet sind. Aber sie hat auch komplett neue Anwendungsfelder entdeckt, die sie mit LTE gar nicht oder nicht gut genug bewirtschaften kann.

Bei der Kapazitätssteigerung gilt es, zwischen den Maximalraten der Normen und den tatsächlich von einem Netzbetreiber genutzten Ausbaustufen zu unterscheiden. Prinzipiell könnte eine LTE-Basisstation gemäß der 3GPP-Norm „Release 13“ heute schon bis zu 25 GBit/s liefern (LTE-Gerätekategorie 17, Cat-17). Doch das ist eine Spezialität für stationäre Router. Und: Ein Netzbetreiber braucht dafür 640 MHz LTE-Spektrum (32 Bündel von je 20 MHz) – so viel hat bisher kein Netzbetreiber der Welt.

Praxisrelevanter sind die Normen für den Mobilbetrieb und da sind zurzeit 2,5 GBit/s gemäß Cat-22 das Ende der Fahnenstange. Diese Kapazität müssen sich alle an einer Basisstation angemeldeten Nutzer teilen. Eine 5G-Basisstation soll im Endausbau hingegen Spitzendatenraten von 10 GBit/s an mobile Nutzer liefern.

Dafür können Nachrichtentechniker im Prinzip an vielen Parametern drehen. Am meisten bringt es, schlicht die Funkbandbreite zu erhöhen. Denn vereinfacht gesagt gilt: je mehr Hertz, desto mehr Bit pro Sekunde. Beispielsweise brauchen aktuelle LTE-Basisstationen für Datenraten auf Gigabit-Niveau rund 60 MHz und für 10 GBit/s benötigen 5G-Netze rund 800 MHz.

Video: Nachgehakt

Jedoch haben die Regulierungsbehörden weltweit im bisher üblichen Mobilfunkbereich unter 3 GHz große Anteile anderweitig vergeben. Eine Ausnahme in Deutschland sind terrestrische TV-Funkbänder, von denen die Sendeanstalten aber schon das meiste abgegeben haben.

Neue Frequenzbänder, die 5G-Netzen die geplanten Spitzengeschwindigkeiten ermöglichen sollen, liegen jenseits von 20 GHz (Millimeterwellen, mmWave). Bei herkömmlicher Denke sind solche Frequenzen unbrauchbar für den Mobilfunk, denn derartige Funkwellen prallen an Gegenständen ab. Mittels herkömmlicher Antennen lassen sich daher keine bebauten Flächen homogen abdecken. Mit geführten Richtstrahlen klappt es aber zumindest in Straßenschluchten. Mehr dazu ab Seite 64.

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