5G: Alles zum LTE-Nachfolger der Zukunft

Was wird das neue Netz können und wann ist es verfügbar?


Gerade einmal 7 Jahre ist es her, dass in Deutschland das erste LTE-Netz (4G) startete und einen neuen Meilenstein in der Mobilfunktechnik markierte. Auch heute, im Jahr 2017, sind noch längst nicht alle Möglichkeiten ausgeschöpft, die 4G-LTE bietet. Nichts desto trotz, gibt es bereits Pläne für den Nachfolger, kurz „5G“. Dieser soll erneut alles bisher Dagewesene in den Schatten stellen und aus heutiger Perspektive geradezu unwirklich scheinende Leistungsdaten aufweisen. Und der Praxiseinsatz könnte vielleicht in wenigen Jahren erfolgen, wenn es nach einigen der führenden Unternehmen der Branche geht! Im Folgenden wollen wir einen Abriss zum aktuellen Stand der Entwicklung liefern und zeigen, welche Vorteile 5G bieten könnte.

Was sollen 5G-Mobilfunknetze leisten?

Zunächst sollte erwähnt werden, dass es bisher vornehmlich Visionen gibt, was 5G einmal leisten könnte und sollte. Vieles basiert zwar schon auf konkreten Forschungsergebnissen und daraus abgeleiteten Prognosen, doch bis zur endgültigen Verabschiedung eines verbindlichen 5G-Standards, wird es noch ca. 1 Jahr dauern. Dennoch zeichnet sich, wie schon Jahre vor der Einführung von 4G, eine Tendenz ab. Huawei, wie wir noch zeigen werden, ist das weltweit führende Unternehmen in Sachen 5G-Entwicklung und sieht folgende Perspektiven:

  • 100 höhere Datenrate als heutige LTE-Netze (also bis zu 10.000 MBit/s),
  • rund 1000fach höhere Kapazität,
  • weltweit 100 Mrd. Mobilfunkgeräte gleichzeitig ansprechbar,
  • extrem niedrige Latenzzeiten -> Ping von unter 1 Millisekunde,
  • 1/1000 Energieverbrauch pro übertragenem Bit,
  • 90% geringerer Stromverbrauch je Mobildienst.

Auf den ersten Blick also eine eierlegende Wollmilchsau, die ein Vielfaches an Datenübertragungsrate bietet und mehr Nutzer in einer Zelle versorgen kann. 5G soll zudem kaum merkliche Latenzzeiten aufweisen, also blitzschnelle Reaktion im Netz ermöglichen und dabei weniger Strom benötigt. Um zu verdeutlichen, wie schnell 5G sein soll, kurz ein paar Zahlen zum Vergleich: 10 GBit pro Sekunde entsprechen einer Downloadrate von 10.000 MBit/s. Das ist 100 Mal mehr, als LTE-CAT3 mit den gängigen 100 MBit/s. Ein 5G-Smartphone oder Laptop mit 5G-Stick, könnte dann mobil 625 Mal schneller einen Film laden, als der beste DSL-Anschluss. Der Inhalt einer prall gefüllten DVD wäre in nur 3,6 Sekunden fertig geladen! Man würde kaum merken, dass der Download überhaupt gestartet ist, bevor er endet. Also fast unvorstellbare Geschwindigkeiten!

Entwicklung der Mobilfunktechniken nach Zeit und Datenrate

Rasante Entwicklung: In 20 Jahren Geschwindigkeit 26.000 x höher als UMTS!?

Was heute vielleicht noch völlig nutzlos erscheint, könnte in ca. 3 Jahren für viele Nutzer durchaus schon eine Berechtigung haben. Denn als UMTS vor 13 Jahren startete, lag die maximale Datenrate bei 0,384 MBit/s. Aus damaliger Sicht eine echter Fortschritt, z.B. gegenüber dem schneckenlahmen EDGE und sogar flotter als viele Heim-Internetzugänge, die noch auf ISDN mit rund 0,06 MBit/s basierten. Für heutige Mobilnutzer sind dagegen 0,38 MBit fast schon eine Zumutung. Innerhalb nur einer Dekade entwickelten sich die Mobilfunk- und kabelbasierte Breitbandtechniken mit schwindelerregendem Tempo weiter. Noch vor der LTE-Ära, die 2010 eingeläutet wurde, kamen verbesserte UMTS-Techniken, wie HSDAP und DC-HSPA+ heraus, welche die Datenrate schrittweise auf 7, 14, 21 und 42 MBit/s steigerten. LTE bot in der ersten Ausprägung (CAT3) immerhin schon 50-100 MBit/s. Je nach verwendeter MIMO-Technik und dem genutzten Frequenzband (800, 1800 oder 2600 MHz z.B.) versteht sich. Im Herbst 2013, kurz vor der IFA, zündeten Vodafone und die Telekom die nächste „Brennstufe“. Mit LTE der Kategorie 4 (CAT4) können seither bis zu 150 MBit mobil erreicht werden. Im November 2014 erfolgte der nächste Schritt hin zum Giga-Netz. Seither gibt es in Deutschland erstmals, auf Basis von LTE-Advanced, noch schnellere Übertragungsraten von maximal 300 MBit pro Sekunde. Nötig sind dafür kompatible Endgeräte ab Kategorie 6 (CAT 6). Vodafone führte Ende 2016 in ersten Regionen LTE-Stationen ein, die bis zu 450 MBit bieten. Die Gigabitmarke rückt immer näher und dürfte 2017 oder 2018 geknackt werden.

Die Erfahrung zeigt auch, dass mit zunehmender Kapazität der Netze, stets neue Anwendungsformen erwachsen, die mit langsameren Datenraten noch nicht möglich waren. Wie etwa hochauflösende Videotelefonie oder mobiles Fernsehen am Smartphone/Tablet. Vor diesem Hintergrund scheint es durchaus konsequent und logisch, dass sich in den nächsten Jahren die Mobilfunknetzleistung weiter vervielfacht.

5G Demo auf dem MWC 2015: Speedtest mit 3500 MBit/s

Wir hatten das Glück, auf dem Mobile World Congress 2015 eine der ersten 5G Praxis-Demos zu bestaunen. Das von Ericsson errichtete Testnetz erzielte dabei unglaubliche Datenraten von bis zu 3560 MBit/s. Das ist 222 Mal so schnell, wie ein DSL-Anschluss mit 16 MBit.

5G Speedcheck

Zudem stellt der Netzwerkausrüster den aktuellen Zeitplan zur Einführung des LTE-Nachfolgers vor. Auch Ericsson geht von einer Kommerziellen Einführung um 2020 aus, wie das folgende Bild zeigt.

Einführungsplan für 5G bis 2021

Und auch auf folgenden Messen, ließen sich Vodafone und Telekom es sich nicht nehmen, erste Demonetze zu präsentieren, wie die folgenden Bilder zeigen.

Telekom 5G-Demo auf de MWC 2016

Vodafone im Highspeedrausch!?

Telekom 5G Sportübertragung zur IFA 2016

Eine sehr interessante Demo lieferte die Deutsche Telekom im September 2016 im Olympiastadion. In dem Feldversuch übertrug man das TV-Signale eines Sportevents sowohl per 4G als auch 5G und verglich beide Ergebnisse miteinander. Zudem wurden erstmals 3D Bilder in 360 Grad geliefert. Geladene Gäste konnten sich per VR-Brille von den spektakulären Ergebnissen überzeugen. Im Test wurden übrigens Datenraten von durchschnittlich 3.5 GBit bei 3ms Latenz erreicht! Zudem befragten wir den technischen Entwicklungsleiter zu 5G und den Plänen der Telekom im Interview.
Hier noch ein paar bildliche Eindrücke vom Test im Olympiastadion...

5G Übertragung in 3D und 360
Einblicke in die Technik
über 3000 MBit Datenrate im 5G-Test

5G: Nötige Perspektive oder technische Gigantomanie?

Wie wir im vorhergehenden Abschnitt schon perspektivisch aufzeigten, könnten die anvisierten 10 GBit/s in gut einer Dekade durchaus nötig und gelebte Praxis sein. Einige Smartphones bieten heute schon Ultra-HD-Kameras, die Filme in doppelter HD-Auflösung (3820x2160) aufzeichnen. Auch anderswo steigen die Datenmengen stetig weiter. Der Versand oder Abruf solcher Dateien kann selbst mit schnellem LTE zu einer Geduldsprobe werden.

Aber vor allem erwarten Trendforscher und diverse Industriezweige für die kommenden Jahre eine Revolutionierung des Internets im Bereich der sogenannten M2M-Komminikation (Maschine zu Maschine). Das bedeutet vereinfacht gesagt, dass immer mehr Geräte und Maschinen mit Sensoren ausgestattet werden und untereinander kommunizieren. Statt nur Menschen zu Mensch, nimmt M2M einen immer größer werdenden Raum ein und verlangt nach mehr Netzkapazitäten. Forscher gehen davon aus, dass ab 2020 schon mehr als 100 Milliarden „Dinge“ weltweit vernetzt sind. Angefangen von Waschmaschinen, Einkaufswagen, Fahrrädern oder Autos. Bis hin zu industriellen Maschinen, welche untereinander Informationen austauschen, sich autark steuern bzw. Informationen für Nutzer sammeln oder weiterleiten. Auch der Begriff „Internet der Dinge“ wird in diesem Zusammenhang oft genutzt. Beispielsweise können Hydrosensoren in Blumentöpfen dem Besitzer stets per Smartphone den aktuellen Feuchtigkeitsstand melden und Alarm zum Gießen geben. Auch wenn solche Beispiele recht spielerisch anmuten, gibt es natürlich auch ernsthafte und nützliche Perspektiven dieser Technik. Seien es optimierte Verkehrsleitsysteme oder Anwendungen im Medizinischen Bereich. Damit aber Milliarden Menschen und Maschinen Daten schnell und effizient austauschen können, braucht es wesentlich bessere Netztechniken als heute.

Die folgende Grafik von Huawei zeigt, welche Anwendungsfelder 5G eröffnen könnte und zwar im Vergleich zu heute gängigen 2G, 3G und 4G-Netzen. Der kleine graue Würfel in der Mitte gibt den Anwendungsraum, verglichen mit 5G (ganzer Würfel), wieder. Die Achsen X, Y und Z bilden die Dimensionen Datenrate (X), Verbindungen per km² (Y) und Latenzzeit (Z) ab. Beispiel: Ganz links sehen wir im „5G-Cube“ den Anwendungspunkt „Multi-User UHD Telepresence“. Gemeint sind  Videokonferenzen mit mehreren Teilnehmern in Ultra-HD-Qualität. Die Voraussetzung dafür sind eine hohe Datenrate (X-Achse weit links), eine niedrige Reaktionszeig (Z weit vorn), bei wenig nötigen Verbindungen (Y weit unten). Smarte Sensoren ganz rechts oben brauchen hingegen weder hohe Übertragungsraten, noch schnelle Reaktionen, kommen dafür in der Fläche oft vor. Übrigens: Da jedes der Maschinen praktisch eine eigene IP braucht, ist de Adressierung von IPv6 wohl bald obligatorisch.


5G Anwendungs-Würfel Schemata

5G Anwendungswürfel | Quelle: Huawei


Huawei führt 5G-Entwicklung an

Schon kurz nach der Standardisierung von LTE-4G, legte der chinesische Mobilfunkausrüster „Huawei“ den Grundstein für die Forschung am Nachfolger 5G und gilt heute als Pionier in dieser Hinsicht. Bereits im Frühjahr 2014 hielt das Unternehmen auf dem alljährlichen „Mobile World Congress“ in Barcelona erstmals einen eigens einberufenen 5G-Kongress ab. Die „5G@Europe Summit“. Dafür lud Huawei nicht nur wichtige EU-Politiker, sondern auch die Creme de la Creme der weltweiten Forschungselite auf dem Gebiet der Mobilfunktechnik. Zudem führende europäische Netzprovider, wie Vodafone oder die Telekom. Selbst die Konkurrenz  ZTE, NSN oder Ericsson durften nicht fehlen. Das Ziel: Gemeinsam so rasch wie möglich die Verabschiedung eines offiziellen 5G-Standards voranzutreiben. Dies gelingt nur, wenn alle bedeutenden Unternehmen der Branche an einem Strang ziehen, wie es schon erfolgreich bei 4G gelang. Gleichzeitig versucht Huawei als attraktiver Arbeitgeber sich die besten Köpfe zu sichern und in der Forschung schnell neue Früchte zu ernten.

Mitte 2014 überraschte die TU Dresden mit einer Meldung, wonach man bereits ein funktionierendes 5G-Demonetz präsentieren konnte. Die Forscher konnten dabei zwei Rechner mit einer Datenrate von stattlichen 5 GBit/s verbinden. Das entspricht einer Performance von fast 80 Megabyte pro Sekunde. 2015 und 2016 wurden wiederum Demos auf dem MWC präsentiert. Das folgende Bild zeigt ein Speedtest der Telekom in Zusammenarbeit mit Huawei auf dem MWC 2016.



Die derzeitige Roadmap sieht vor, noch 2016/17 die Standardisierung durch die ITU realisieren zu können. Uns erscheint der Zeitplan allerdings übertrieben zuversichtlich, da der Stand der Forschung zu 5G  noch ziemlich am Anfang steht. 2019, so Huawei, wolle man sogar erste Pilotnetze testen, um ein Jahr später 5G für erste Endkunden anbieten zu können. Auch das halten wir für eine kühne Schätzung. Auch LTE sollte schon mehrere Jahre früher starten. In der Regel sind solche Prognosen, das zeigt die Vergangenheit, meist 2-3 Jahre zu optimistisch geschätzt, so dass vielleicht 2022-2023 eher realistisch scheint.

Roadmap zu 5G

Timeline bis 5G | Quelle: Huawei


5G ist eine immense Herausforderung für Mobilfunk-Konzerne

Für deutsche Mobilfunkriesen, wie der Telekom, bergen neue Techniken selbstverständlich neue Umsatzpotenziale. 4G-LTE entwickelt sich seit 2010 mehr und mehr zu einem guten Geschäft. Die Absätze neuer LTE-Smartphones und passender Mobilfunkverträge entwickeln sich prächtig. Dem gegenüber stehen aber immense Investitionen für Lizenzen und den Netzausbau.

5G dürfte die Kosten sogar nochmals deutlich erhöhen und zwar aus mehreren Gründen. Zum einen ist jede Mobilfunkstation nur so schnell, wie ihre Anbindung. Jeder Mobilfunkmast muss per Glasfaserkabel oder Richtfunknetze mit dem Kernnetz des Providers verbunden werden. Für die enormen Kapazitäten, die 5G bieten soll, bilden Hochleistungs-Anbindungen die Grundlage, welche aufgerüstet oder neu ausgebaut werden müssen. Nur neue Entwicklungen in der Richtfunktechnik könnten hier kostenmindernd wirken. Des Weiteren benötigt 5G ein viel größeres Frequenzspektrum als 4G. Geplant ist ein Frequenzraum von bis zu 300 GHz. Zum Vergleich: Heutige Mobilfunktechniken nutzen Bänder im Bereich von bis zu 3,5 GHz. Bleiben 297 GHz, die noch gar nicht definiert sind und wahrscheinlich versteigert werden müssten. Die Auktionskosten liegen für die Provider dabei immer im Milliardenbereich. Allein für LTE gaben die führenden vier deutschen Unternehmen 2010 über 4 Mrd. Euro aus. Juni 2015, im Zuge der 2. großen Versteigerung, legten die Provider sogar 5,1 Mrd. Euro auf den Tisch. Derart hohe Frequenzbereiche haben zudem einen entscheidenden Nachteil. Zwar lassen sich bei höherer Wellenlänge mehr Daten pro Zeiteinheit übertragen – parallel sinkt aber die Reichweite. Das bedeutet: Statt weniger dutzend Sendemasten für ein Stadtgebiet, müssten hunderte, wenn nicht gar tausende kleine Funkzellen platziert und angebunden werden. Ebenfalls ein Kostentreiber. Und auch bei der Mehrantennentechnik (MIMO) wird es Änderungen geben. Statt nur 2-4 Antennen, wird künftig wohl ein Vielfaches zum Einsatz kommen. Alte Anlagen sind dann umzurüsten. Und nicht zuletzt benötigen natürlich auch die Nutzer neue Endgeräte, die kompatibel zu 5G sind.

Somit stehen den Vorteilen folgende Nachteile bzw. Probleme im Weg:


  • 5G benötigt neue Frequenzbänder mit immens viel Spektrum,
  • hohe Nutzfrequenzen erfordern ein deutlich dichteres Netz,
  • drohende Kostenexplosion für Provider durch nötige Lizenzen und beim Netzausbau,
  • Verbraucher benötigen neue Endgeräte,
  • Kosten beim 5G-Netzausbau werden wahrscheinlich auf Endnutzer-Tarife umleglegt -> teuer.
  • dichtes Glasfasernetz für eNODE-Anbindung nötig ->weitere Investitionen
  • noch zweifelhafter Nutzen für Endkunden - 1000 MBit stehen bislang nicht mal im Ansatz Nutzungskonzepte gegenüber, zumindest für Privatuser

Was die 5G-Entwickler wollen

Im Oktober 2014 trafen sich Wissenschaftler aus aller Welt in Berlin, um sich über den aktuellen Stand ihrer Forschungsprojekte zur 5G-Technik auszutauschen. Dabei herrschte bereits große Einigkeit über die Ziele für die Entwicklung der fünften Mobilfunk-Generation: 5G soll ein weltweit einheitlicher Standard werden (wie 4G), der sich durch Verlässlichkeit, Flexibilität und Skalierbarkeit auszeichnet. Im Rahmen des Fachkongresses, von dem LTE-Anbieter.info ausführlich berichtete, zeichneten sich bereits einige der Vorteile für die Mobilfunknetze ab, die der 5G-Standard mit sich bringen wird. So können zum Beispiel die Netz-Kapazitäten der Nachfrage entsprechend intelligent gemanagt und zugewiesen werden. Auch bei Hochgeschwindigkeit - also beispielsweise in Schnellzügen - werden die Gigabit-Bandbreiten der 5G-Technologie einsetzbar, so die Pläne der Entwickler.

5G Konferenz im Oktober 2014

Insgesamt soll 5G nicht mehr nur für Telefonie und Datendienste ausgelegt werden, wie es bei den bisherigen Mobilfunkstandards der Fall war. Wie der Wissenschaftler auf der 5G Global Conference zeigten, sieht der Plan vielmehr die Errichtung eines universellen Netzes für die Kommunikation von Geräten vor, die über die heutige Anwendung mit Smartphones und Co. weit hinausgeht. Letztendlich wird damit das Internet der Dinge ermöglicht, in dem unsere tragbare Technik mit allem und jedem in unserer Umgebung - und darüber hinaus - kommunizieren kann. Welche Anwendungen sich dabei letztendlich möglich und erfolgreich werden, ist heute noch nicht absehbar. Der kommende 5G-Standard wird lediglich die Grundlage für diese neuen Angebote schaffen.



Unser Fazit

5G birgt enormes Potenzial für die Netzgeneration 2020+ und eröffnet wahrscheinlich ungeahnte neue Möglichkeiten für Industrie und Verbraucher. Allerdings steht die Entwicklung noch ganz am Anfang. Der Zeithorizont für einen Nutzer-Rollout noch 2020 scheint uns viel zu optimistisch. Zudem steht die Frage der Finanzierung im Raum. Denn die Technik setzt wahrscheinlich einige Rahmenbedingungen an die Mobilfunkingenieure und Mobilfunkkonzerne, die nur unter erheblichem finanziellem Aufwand umzusetzen sind. Da die frisch errichteten LTE-Netze selbst noch Potenzial, bis weit über 1000 MBit/s bergen, scheint eine wirtschaftliche Einführung vor 2025 kaum plausibel. Nichts desto trotz, ist eine frühzeitige Weichenstellung für die Zukunft unausweichlich, wie die Vergangenheit zeigt. Wer bei dem Thema auf dem Laufenden bleiben möchte, dem sei noch das 5G-Portal "5G-Anbieter.info" ans Herz gelegt. Hier stehen aktuelle Entwicklungen und Eckdaten zur neuen Mobilfunktechnik im Fokus.

Entwicklungsmeilensteine zum 5G Standard seit 2013 im Überblick:

Sept 2016: Telekom demonstriert 5G-Übertragung in Berlin mit 3.5 GBit [mehr]
Juli 2016: Vodafone testet erstmals live erfolgreich ein 5G-Netz in Aachen
Jan: 2016: Telekom Teil der europäischen 5G-PPP Initiative [mehr]
Sep 2015: 5G for Gernamy Initiative [mehr]
Juni 2015: Nokia forscht mit Uni am 5G-Netz [mehr]
März 2015: Telekom stellt Innovations-Labor "5G:haus" vor
März 2015: Vodafone präsentiert 5G auf der Cebit [mehr]
März 2015: Die Telekom will 5G-Tarife bis 2020 einführen [mehr]
März 2015: Vodafone will den 5G-Ausbau durch höhere Preise subventionieren
Feb 2015: Huawei baut in München 5G-Testnetz auf
Nov 2014: 5G Thema auf dem Vodafone Innovation Day
Okt 2014: Forschungsprojekte zu 5G tagt in Berlin - lte-anbieter.info berichtete
Sept 2014: Vodafone startet Forschungsprojekt in Chemnitz
Juli 2014: TU-Chemnitz zeigt erstes 5G-Netz im Labor mit 5 GBit/s
Juni 2014: Europa und Korea vereinbaren auf dem 5G@Europe Summit künftige Zusammenarbeit
Mai 2014: Japan plant noch 2014 erste 5G-Testläufe
März 2014: Vodafone verriet uns auf der Cebit 2014, ebenfalls an 5G zu arbeiten
März 2014: 5G auch erstmals Thema auf der Cebit

Fabruar 2014: Huawei lädt zum 5g@Europe Summit 2014
Februar 2014: Telekom sieht 5G-Start 2020 als möglich an
Okt. 2013: NTT DoCoMo arbeitet auch an 5G-Techniken
Mai 2013: Samsung tüftelt bereits mit 5G




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