5G: Was ist es und wofür wird es benötigt?

5G, die Weiterentwicklung von 4G ist ermöglicht noch schnellere und leistungsfähigere Datenübertragungen über die Mobilfunk-Netze.
Abhängig von den Ansprüchen können z.T. lokal z.B. folgende Verfeinerungen hinzukommen:

• Datenübertragung quasi in Echtzeit: vernetztes (autonomes) Fahren in der Mobilfunk-Variante oder Fernsteuerung von Fahrzeugen und Robotern
  
  
• Höhere Datensicherheit

Werden für die neue Mobilfunk-Generation 5G neue Standorte benötigt?

Viele der neueren Anwendungen benötigen an den unterschiedlichsten Orten mobiles Internet. Telefonieren kann man inzwischen fast überall. Die mobile Breitbandversorgung stellt jedoch höhere Ansprüche an die Position der Mobilfunk-Standorte als die Telefonie und weist örtlich auch mit den aktuellen Standards 3G und 4G vorallem im ländlichen Bereich und entlang der Bahnlinien noch größere Lücken auf. Diese Lücken erkennen Smartphone Nutzer, wenn sie bei der Netzanzeige im Display nur "E" sehen, das Zeichen für 2G. Wird hingegen zB. 3G, 4G oder LTE angezeigt, befindet man sich im Breitbandnetz.

Noch nicht alle Mobilfunk-Standorte sind bereits mit Breitband ausgebaut, bis Ende 2021 soll es bei den meisten der Fall sein. Die meisten der heute betriebenen Mobilfunk-Standorte können künftig auch für 5G genutzt werden. Dafür werden z.T. bestehende Frequenzbänder von älteren Standards auf 5G umgestellt (z.B. bei 2.100 MHz von 3G auf 4G und/oder 5G). Neue Frequenzen kommen hinzu. So wurde die EU-weite Koordinierung der drei 5G-Pionierbänder (700 MHz, 3,6 GHz und 26 GHz) abgeschlossen. Zu 700 MHz und 3,6 GHz verfügen die kommerziellen Mobilfunk-Netzbetreiber in Deutschland bereits Lizenzen und rüsten bestehende Makro-Standorte auch auf diesen Frequenzen mit 5G auf.

Mit der zunehmenden Nutzung werden bestehende Mobilfunknetze auch über zusätzliche Standorte verdichtet. Hier sind zwei völlig unterschiedliche Szenarien zu unterscheiden:

1. Die aktuelle Datenkapazität bereits breitbandig mit LTE (4G) gut versorgter Bereiche reicht angesichts des starken Wachstums des Datenhungers nicht mehr aus. Zunehmend werden die Makro-Standorte (Antennen auf Dächern oder Funktürmen) mit dem leistungsfähigeren 5G ausgebaut. Bei starkem Verehrswachstum werden zusätzlich Mikrozellen (vgl. Beitrag zu Small Cells) zum Einsatz kommen.
   
   
2. Vor allem in dünner besiedelten, ländlichen Bereichen soll eine breitbandige Mobilfunkversorgung erstmals hergestellt werden oder eine bestehende, einfache Außer-Haus-Grundversorgung auf einen besseren Level verbessert werden. Hier wird man häufig mit neuen Makro-Standorten rechnen müssen. Zunächst werden diese mit 4G, ergänzend zunehmend auch mit 5G (über 700 MHZ auch ungefähr mit der von LTE-800 bekannten Reichweite) ausgebaut.
   
   
3. In Zonen mit neu geplanten Hochleistungs-Diensten (z.B. an Autobahnen, Häfen, Industriebetrieben) können zahlreiche weitere Standorte erforderlich werden. Dies gilt z.B. auch für Straßenzüge, bei denen die „letzte Meile“ des kabelgebundenen Hausanschlusses durch Funkanbindung ersetzt werden soll.

Haupttreiber für die neuen Standorte ist somit nicht der neue Standard 5G, sondern der Umstand, dass die mobile Breitbandversorgung zukünftig lückenloser und leistungsfähiger angeboten werden soll als bisher. Durch die intensivere und großflächigere Nutzung steigt die Strahlenbelastung.

Neu geplante Standorte können in der Strahlenbelastung und Effizienz sehr unterschiedlich ausfallen. Möglichkeiten der Mitwirkung bei der Standortwahl mit dem Ziel, Strahlenbelastung und Effizienz zu optimieren, finden Sie unter Standortwahl, Mitspracherecht Ihrer Gemeinde.

Ist vernetztes (autonomes) Fahren auch ohne 5G möglich?

Ja. Nach Mitteilung des „Spiegel“ haben sich die Hersteller im Jahre 2016 entschlossen, für das vernetzte Fahren den WLAN-Standard zu nutzen. Die in der jeweiligen Nähe fahrenden Autos kommunizieren direkt miteinander und warnen zB vor einem nach einer Kurve gelegenen Unfall. Diese Technik ist aktuell verfügbar und benötigt keine 5G-Mobilfunk-Standorte, da die WLAN-Antennen in den Autos installiert sind.

Einige Autohersteller favorisieren inzwischen die Mobilfunk-Variante (5G), welche bei weit höheren Kosten weit mehr Möglichkeiten bietet, sofern sie lückenlos ohne Funklöcher verfügbar ist. Im April 2019 entschied sich das EU-Parlament mit Hinweis auf die Verfügbarkeit für die von der EU-Kommission vorgeschlagene, unter anderem von VW und Toyota favorisierten WLAN-Variante (G5). Dadurch wird auch das Ausfallrisiko der Mobilfunk-Variante (5G) umgangen. Die Bundesregierung möchte wie Daimler Benz, BMW und die Telekom jedoch 5G als Standard setzen. Verkehrsminister Scheuer setzte sich gegen die WLAN-Standardisierung ein, so dass es in der EU noch keinen Standard fürs autonome Fahren gibt.
Informationen von teltarif zu 5G und G5
Informationen des VDI zu 5G und G5

Wie werden die Daten über die 5G-Strahlung übertragen?

Moderne Mobilfunkstandards wie LTE (4G) und 5G nutzen über das Ein- und Ausschalten des (bildlich gesprochen) „Morsepips“ hinaus weitere physikalischen Möglichkeiten der Änderungen an Funkwellen, um zusätzliche Informationen unterzubringen. So werden die Sendeleistungen und Zeitpunkte der Aussendungen permanent verändert, um in einem „Morsepip“ nicht eine, sondern z.B. 4 Informationen zu übertragen.

Quelle: Wikipedia CC0Quelle: Wikipedia CC0Linkes und rechtes Bild: Hier bekommt der blaue „Morsepip“ 4 Informationen (QAM 4). Das rechte, weniger verrauschte Bild entsteht bei klarerem Funksignal. In je mehr Einzelpunkte der blaue Punkt (der „Morsepip“) aufgeteilt wird, desto mehr Informationen können diesem mitgegeben werden. Für 4G wird QAM 4 bis 256 genutzt. Bei 5G werden Werte bis QAM 4096 angestrebt.

Diese Abbildungen zeigen anschaulich, dass für die Übertragung von immer mehr Informationen immer klarere Funksignale benötigt werden. Bei aktiver Datenübertragung wird der QAM-Wert in Abhängigkeit der Qualität der Funksignale permanent angepasst.

Ähnlich wie Licht aus verschiedenen Farben besteht, werden die feingliedrigen Informationen bei 4G und 5G zudem zeitgleich in verschiedenen Frequenzen (OFDM, bildlich „Lichtfarben“) übertragen. Jede „Farbe“ wird zur Übertragung eigener Informationen genutzt und ergibt ein aus einigen 100 bis 1000 „Farben“ zusammengesetztes „Licht“, das aus der Antenne austretende Funksignal.

Um Überlagerungen zu reduzieren, müssen die Antennen die Signale immer mehr bündeln. Für 5G sollen auch Antennen eingesetzt werden, welche deutlich mehr als bisher meist 3 verschiedene Hauptstrahle in verschiedene Richtungen abgeben. Jedes zusätzliche Signalbündel, in dem eigene Informationen übertragen werden können, erhöht nochmals die übertragbare Gesamtkapazität.

4G und 5G nutzen daher alle Möglichkeiten, wie man Funkwellen verändern kann, um diese als Träger möglichst vieler Informationen zu nutzen. Übrigens: Auch WLAN nutzt diese Modulationen.

Welche Auswirkungen hat das Internet der Dinge (IoT)?

Das Internet der Dinge wird zur Kommunikation zwischen Mensch und Maschine (z.B. Smart-Home: Fernablesung und Fernsteuerung von Haushaltsgeräten) oder Maschine zu Maschine (z.B. Fernablesung von Stromzählern, Datenabgriff aus Fahrzeugen oder Ablesen der Füllstände von Mülleimern) eingesetzt. Damit dieses überall funktioniert, ist ein lückenlos ausgebautes Datennetz erforderlich, dh Datenverbindungen müssen an allen Stellen, an denen Endgeräte stehen, funktionieren.

Narrowband-IoT über Funk erreicht auch tiefer- bzw. weiter innen gelegene Innenräume.

Auch Mobilfunk-Netze werden für IoT genutzt. Damit diese inbesondere im Gebäudeinneren an mehr Stellen als bisher funktionieren, müssen sie durch zusätzliche Mobilfunkstandorte verdichtet werden. Dies lässt die durchschnittliche Strahlenbelastung deutlich ansteigen. Single RAN-Technik bei den bestehenden und neu hinzukommenden Standorten ermöglicht es, die verschiedenen Frequenzbereiche und Funkdienste effizient nach Bedarf in fließendem Übergang zu nutzen, dh Sprache, Narrowband-IoT und mobile breitbandige Daten.

Jedes zusätzliche Funknetz bzw. jede Verstärkung bestehender Funknetze zur Verbesserung der Flächendeckung verursacht zusätzliche Strahlenbelastungen. Um Wirkungen von Netzausfällen zu begrenzen, sollten parallel betriebene Netze für IoT redundant sein, dh bei Ausfall eines Netzes kann ein anderes Netz einspringen.

Internet der Dinge: Welche Alternativen können statt 5G genutzt werden?

1. Die schnellste und zuverlässigste Anbindung von Gebäuden erfolgt über Glasfaser ganz ohne Funksmog. Die Stadtwerke München z.B. haben die Gebäude innerhalb des Mittleren Rings bereits an Glasfaser angebunden, außerhalb geht der Aufbau voran. In diesen Gebäuden können Telefon und Hochleistungs-Internet über die Glasfaser genutzt werden, auch können die neuen Stromzähler hier ohne Funk angebunden werden.
2. Viele Städte betreiben ihr eigenes LoRaWAN-Netz, so auch München. Wenige, vergleichsweise schwache Sender ermöglichen die schmalbandige Anbindung von Geräten.
3. Wer WLAN betreibt und smarte Geräte nutzen möchte, kann diese über WLAN anbinden.

Weitere Informationen zur Vorsorge, 5G und Broschüre "Mobilfunk-Strahlung" als PDF

Informationen zu Funkanwendungen in  Wohnung und Büro