Wie funktioniert 5G?

Die Funktionsweise des fünften Mobilfunkgeneration basiert im Wesentlichen auf Sendemasten mit neuer Antennentechnologie. Mobile Geräte, die in 4G Netzen miteinander kommunizieren, nutzen Frequenzbereiche von 6 GHz bis 3 kHz. Dieser Bereich hat jedoch nur begrenzte Kapazitäten. Durch die steigende Anzahl an Geräten, die in diesem Frequenzbereich senden, ist die maximale Kapazität schnell erreicht. Für den Nutzer ist die Erreichung der Kapazitätsgrenze spürbar durch deutlich langsamere Datenübertragungen und erhöhte Störfälle des Netzes (bspw. bei Großveranstaltungen). Um bei steigender Geräteanzahl dennoch eine stabile und leistungsstarke Verbindung zu ermöglichen, wird zunehmend auf andere Frequenzbereiche ausgewichen.

Die wesentliche Neuheit von 5G ist die Mitnutzung des Millimeterwellenbereiches, der sich zwischen 30GHz bis 300GHz befindet. Eine Herausforderung dieser elektromagnetischen Wellen mit extrem hoher Frequenz ist ihre mangelnde Gebäudedurchdringung – sowohl nach innen als auch nach außen. Des Weiteren wirkt Wasser als Isolator und kann die Signalstärke erheblich mindern. Beispielsweise wenn die Signale auf den Menschen, da dieser aus 60-80% Wasser besteht, oder auch auf Regen treffen und auf diese Weise blockiert werden.

Bessere Netzabdeckung trotz geringerer Reichweite

Ein sogenanntes „Small Cell Network“ wird verwendet, um in der Nähe der Mobilfunknutzer mehrere Sendestationen mit geringerer Reichweite bereitzustellen. Viele kleine Funkmasten mit geringerer Reichweite sorgen in Summe für eine Verbesserung der Netzabdeckung. Aus diesem Grund finden die Geräte stets eine gute Verbindung zu einem der nächstgelegenen Masten. Durch die höhere Anzahl an Sendemasten wird die Kapazität des Datenverkehrs erhöht und bietet in Städten, trotz vieler Zugriffe schnelle Verbindungen.

Die herkömmlichen 4G Sende- und Empfangsstationen sind in der Regel nur mit 8 Antennenelementen ausgestattet. Für die neue Generation reicht dies jedoch nicht aus. Aufgrund der höheren Leistung benötigt 5G mehrere hundert Antennenelemente. Diese Bauart wird Massive MIMO (Multiple Input Multiple Output) genannt und steigert die Mobilfunknetz Kapazität deutlich.

Die Mehrantennentechnik hat einen entscheidenden Vorteil gegenüber herkömmlichen Antennen. Die 4G Sendemasten strahlen in alle Richtungen gleichmäßig aus und überschneiden sich dabei mit anderen Sendemasten. Überschneidungen können zu Interferenzen und somit zu Störungen führen. Die Massive MIMO löst dieses Problem in Kombination mit dem sogenannten „Beamforming“ – einem Verfahren zur Positionsbestimmung von Quellen in Wellenfeldern. Verschiedene Antennen richten sich gleichzeitig auf den ungefähren Standort des Nutzers aus. Mehrere solcher individueller Strahlen können gleichzeitig gebildet werden. Dadurch lässt sich die 5G-Netz Reichweite und Übertragungsleistung erhöhen und Störungen werden minimiert.

Dynamische Leistung durch Network Slicing

Das 5G-Netz wird oftmals als Intelligentes Netz bezeichnet, denn es bietet die Möglichkeit zum Network Slicing.

Mit dieser Technologie ist das Mobilfunknetz in der Lage, dynamisch auf den Bedarf der jeweiligen Nutzer zu reagieren. Benötigt ein Nutzer eine höhere Bandbreite, so wird mehr Bandbreite hinzugeschaltet. Andersherum wird die Bandbreite verringert, wenn geringere Latenzzeiten erforderlich sind. Das Netz5G-Netz registriert, wenn an einem Ort viele Geräte eine hohe Datenmenge oder wenige Geräte eine geringe Datenmenge benötigen und kann dementsprechend seine Leistung anpassen und präzise verteilen.