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5G: Wissenswertes zu Netz, Frequenzen und Gesundheit

von Konstantin Matern

5G ist der neue Mobilfunkstandard über den überall geredet wird. Tatsächlich bringt uns die neue Mobilfunkgeneration viele Chancen. Autonomes Fahren, künstliche Intelligenz und Telemedizin werden ohne 5G kaum möglich sein. Doch mit 5G kommen auch Risiken, so die Kritiker. In diesem informativen Beitrag erfährst du Wissenswertes zu 5G-Netzen, der Technik und den möglichen gesundheitlichen Gefahren.

Zusammenfassung: Wissenswertes über 5G in Kürze

  • 5G steht für die fünfte Generation bei den Mobilfunknetzen.
  • Bis zu 20 Gbit/s schnelle Downloads soll die Technik ermöglichen.
  • Neue Anwendungsfelder sind autonomes Fahren, Industrie 4.0, Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) .
  • Mitte 2019 wurden die ersten Städte mit 5G in Deutschland versorgt.
  • Experten von Bundesamt für Strahlenschutz sehen bisher keine gesundheitliche Gefahr durch 5G.

Evolution des Mobilfunks in der Chronologie

Damit 5G eingeordnet werden kann, schauen wir uns zunächst die Chronologie und Entwicklung der Mobilfunknetze an.

5G-Entwicklung

  • 1G: Etwa 1980 wurde 1G eingeführt. Erstmals war mobiles Telefonieren ohne Kabelverbindung möglich. Hier wurden Sprachsignale noch analog übertragen.
  • 2G: 1992 folgte die Entwicklung zur digitalen Sprachübertragung im D-Netz. Es wurde der heute bekannte GSM-Standard eingeführt. Die Übertragung erfolgte mit einer Bandbreite von 9,6 oder 14,4 kbit/s. Mit dem D-Netz bekommt die damalige Bundespost erstmals einen Wettbewerber (D2).
  • 3G: 2004 erlebten die Mobilfunknetze mit UMTS eine Revolution. Durch neue Zugriffstechniken konnten Datenströme per Funk gleichzeitig gesendet und empfangen werden. Die Bandbreite lag hier zunächst bei nur 384 kbit/s. Der Grundstein für mobiles Internet wurde gelegt. Die Erweiterung HSPA (2006) ermöglichte schnelles mobiles Internet mit bis zu 42 Mbit/s.
  • 4G: Der LTE-Standard (4G) wurde in Deutschland 2010 eingeführt. LTE steht dabei für Long Term Evolution. Wegen hoher Übertragungsraten (bereits heute in vielen Regionen bis 300 Mbit/s) wurde das Breitband-Internet mobil. Theoretisch möglich sind sogar Speeds bis zu 1 Gbit/s.
  • 5G: Der neuste Mobilfunkstandard steht in den Startlöchern. Geplant wird 5G seit 2013. Geschwindigkeiten von bis zu 10 Gbit/s werden versprochen. Damit soll 5G sogar 100 mal schneller sein als die heute weit verbreiteten LTE-Geschwindigkeiten. Die 5. Mobilfunkgeneration wird seit dem Jahr 2019 in Deutschland eingeführt.

Was sind 5G-Netze?

Definition

5G bezeichnet die fünfte Generation drahtloser Breitbandtechnologie. Sie basiert auf dem Standard IEEE 802.11ac. Dank technischer Weiterentwicklungen soll der neue Mobilfunkstandard mehr Performance liefern und die Grundlage für eine digitale Gigabit-Gesellschaft sein.

Anwendungsfälle für 5G

1. Enhanced Mobile Broadband (eMBB)

5G ist ideal für Dienste bei denen hohe Datenübertragungsraten essenziell sind. Dazu gehören:

  • Video-Streaming: Besonders dann, wenn mehrere Nutzer ultrahochauflösende Videos in einer Zelle schauen wird 5G immer mehr notwendig.
  • Augmented Reality (dt.: Erweiterte Realität): Darunter versteht man die Erweiterung der Realitätswahrnehmung mit Hilfe von Computern. Beim Fußball ist die erweiterte Realität, wenn Entfernungen bei Freistößen im Bild eingeblendet werden.
  • Virtual Reality (dt.: virtuelle Realität): Darunter versteht man die künstliche Schaffung einer Welt. Dabei werden Bild und Ton so kombiniert, dass der Eindruck von Realität entsteht. Nutzer, die in die VR eintauchen, vergessen Raum und Zeit in der realen Welt.
2. Ultra-Reliable and Low-Latency Communication (URLLC)

Unter dem Punkt URLLC werden alle Anwendungsfelder zusammengefasst bei denen es auf eine optimale Verbindungsqualität, Verfügbarkeit und Stabilität ankommt. Vielmehr sind bei den Anwendungen die zuvor genannten Faktoren unumgänglich.

Beispiele hierfür sind:

  • Autonomes Fahren (Fahrzeugkommunikation)
  • Robotik
  • Überwachung vitaler Funktionen

Bei diesen Anwendungsfällen kommt es mehr auf “Echtzeitübertragung” statt auf Datenübertragung mit hoher Bandbreite an. Hier ist die niedrige Latenz der entscheidende Vorteil von 5G.

3. Massive Machine Type Communication (mMTC)

In den Bereich von mMTC fallen alle Anwendungen im industriellen Bereich. Vor allem werden von 5G folgende Bereiche profitieren:

  • Industrie 4.0
  • IoT (Internet of Things) – Internet der Dinge

Profitieren wird aber auch der Endkundenbereich von 5G. Immer mehr smarte Geräte werden sich mit Sensoren auf dem Markt durchsetzen. Das können Rauchmelder, Temperaturfühler, Aktoren von Alarmanlagen oder zum Beispiel alles war in Verbindung mit Energie.

Damit diese vernetzt werden können bedarf es hoher Energieeffizienz und Zuverlässigkeit. Smarte Geräte benötigen zwar eine geringe Datengeschwindigkeit, allerdings werden sich schon bald mehrere tausend oder sogar Millionen Geräte an einer Zelle anmelden wollen. Den Anforderungen für die Vernetzung so vieler Geräte ist 5G gewachsen.

 

Vodafone-Video über die Zukunft von 5G

Wir müssen also eine Verbindung haben, die so gut ist wie ‘ne Glasfaser und das über Funk.Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gerhard Fettweis

5G Geschwindigkeit: Wie schnell ist das Netz?

Anwender sollen von der hohen 5G-Geschwindigkeit profitieren. Oftmals ist die Rede von 10 oder 20 Gbit/s. Technisch realisierbar sollen aber auch weitaus größere Geschwindigkeiten sein. Smartphone-Hersteller Huawei konnte in ersten Versuchen im E-Band (71 – 76 GHz sowie 81-86 Ghz) bereits hohe Datenraten von 70 Gbit/s messen. Allerdings sind solche Datenraten eher auf kurzen Entfernungen von bis zu 100 Meter und unter optimalen Umständen realisierbar.

Was ist der Unterschied zwischen LTE und 5G?

Der aktuell weit verbreitete Mobilfunkstandard 4G (LTE) erfüllt die derzeitigen Bedürfnisse an Netzabdeckung und Geschwindigkeit von Privatkunden. Wir können tägliche Anwendungen wie mobiles Streaming, Datenaustausch über soziale Netzwerke und Apps sowie das herkömmliche Surfen über 4G recht komfortabel machen. Dank des LTE-Ausbaus auf dem Land funktioniert das überall gut. Trotzdem

Übersicht der Unterschiede

4G5G
Frequenzen:Niedrige Frequenz (ca. 2 GHz)Höhere Frequenz (ca. 25 bis 100 Ghz)
Geschwindigkeiten:max. 4 Gbit/smax. 20 Gbit/s
Latenz:ca. 10 bis 50 msunter 2 ms

Downloadrate als Unterscheidungsmerkmal

5G wird LTE nicht ganz ersetzen, sondern vielmehr eine Erweiterung sein. Durch den Betrieb beider Technologien können die Internetanbieter größere Kapazitäten und höhere Geschwindigkeiten bereitstellen. Die höheren 5G-Bandbreiten von bis zu 20 Gbit/s ermöglichen gänzlich neue Anwendungen. Experten erwarten bis 2020 bis zu 100 Milliarden vernetzte Gegenstände.

LTE (4G) bis 4 Gbit/s*
5G bis 20 Gbit/s*
* Das sind die derzeit maximal zu erwartenden Downloadraten. In der Praxis werden diese nur unter optimalen Umständen erreicht.

Die Bandbreite von LTE liegt auf dem Land bei bis zu 150 Mbit/s. Vodafone und Telekom bieten aber auch in immer mehr Städten bis zu 300 Mbit/s an. Größere Downloads lassen sich mit der Bandbreite gut durchführen.

5G hat niedrige Latenzrate

Ein weiterer Unterschied bei 5G ist die extrem niedrige Latenz. Während die Latenz sich bei 4G noch etwa bei 10 bis 50 ms bewegt, kann 5G mit einer niedrigen Latenz von unter 2 ms punkten. Oftmals wird in den Medien von der Millisekunde gesprochen.

Latenz-Vergleich 5G und 4Gg

Latenz-Vergleich 5G und 4Gg

Wo ist eine so kurze Latenz überhaupt notwendig? Der Haupteinsatzzweck dürfte in der Industrie 4.0 und und dem automatisiertem Fahren liegen. Sprich: Wenn Fahrzeuge autonom fahren, muss die Reaktionszeit über das Mobilfunknetz extrem niedrig sein oder wenn Roboter kabellos in einer Halle fertigen. Dagegen kommen alle Nutzungsszenarien bei denen wir Menschen im Spiel sind mit einigen ms mehr aus.

Vergleich
  • Der Lidschlag eines Menschen dauert 300 bis 400 Millisekunden.
  • Boxer schlagen in 200 ms zu.
  • PC-Monitore haben oftmals eine Reaktionszeit von 8 ms.

5G nutzt höhere Frequenzen

Ein weiteres wichtiges Unterscheidungsmerkmal ist der Frequenzbereich. Während 4G in den Bändern unter 3 GHz funkte, geht man bei 5G deutlich weiter. Die weit höheren Frequenzen und damit kürzeren Wellenlängen kommen mit niedriger Reichweite einher. Folglich müssen in einem Bereich 5G mehr Funkmasten aufgestellt werden. Daher wird 5G auch 4G (LTE) nicht auf dem Land ersetzen können.

Frequenzbereiche von 5G
4G

Der bisherige Mobilfunk 4G (LTE) wird im Bereich zwischen 700 Megahertz (MHz) und 2,7 GHz genutzt.

5G

5G wird bis auf 6 GHz im 1. Frequenzbereich erweitert. Hinzu kommt ein weiteres 5G-Spektrum im Millimeterwellenbereich. Dieses reicht bis 52 GHz. Damit ist das Spektrum mehr als zehn mal breiter.

Weiterhin können 5G-Masten deutlich präziser und zielgerichteter funken. Sie strahlen dabei nicht ziellos in alle Richtungen ab, sondern können gleichzeitig zielgerichtet auf mehrere User funken. Das spart Energie und erhöht die Kapazität einer Funkstation enorm.

Kleiner Rückblick zu den Frequenzen in Deutschland

März 2019 hatte die Versteigerung der 5G-Frequenzen (2 Ghz und 3,4 bis 3,7 Ghz) in Deutschland begonnen. Geladen waren zur Auktion die Anbieter 1&1, Telefonica o2, Telekom und Vodafone.

Zu den Vergabebedingungen zählten:

  • Autobahnen und wichtigste Bundesstraßen sollen bis Ende 2022 mit mindestens 100 Mbit/s angebunden sein.
  • Alle übrigen Bundesstraßen sollen bis Ende 2024 mit 100 Mbit/s angebunden sein.
  • Bei der Auktion erfolgreiche Netzbetreiber müssen 1.000 5G-Basisstationen ausbauen.

Am 12. Juni 2019 wurde die Frequenzversteigerung für 5G beendet. Die Anbieter Deutsche Telekom, Vodafone, Telefónica o2 und der Mobilfunk-Newcomer 1&1 Drillisch haben Frequenzblöcke ersteigert. Die entsprechenden Reaktionen auf das Auktionsende und die 6,6 Milliarden Euro, die an den Bund fließen, sind bei uns im Blog unter “5G-Lizenzen für knapp 6,6 Milliarden Euro versteigert – Was sagen die Anbieter?” nachzulesen.

Wann kommt 5G in Deutschland?

Was die Mobilfunkübertragung angeht, hinkt Deutschland hinterher. Ein gutes und zuverlässiges LTE-Netz sucht man vielerorts vergebens, auch wenn die LTE-Verfügbarkeit in den meisten Gemeinden bei über 90 Prozent liegt. Damit die Kapazität erweitert wird, startete die Deutsche Telekom in den ersten Städten (Bonn und Berlin) 5G bereits Juli 2019. Das Bundesverkehrsministerium hat das Ziel bis zum Jahr 2025 die Hauptverkehrswege und mindestens 20 große Städte in Deutschland mit 5G auszustatten.

Wann kommt 5G?
2019 Marktstart in Deutschland!

Die Telekom startet in den ersten beiden Metropolen (Bonn und Berlin) mit den ersten Telekom 5G-Tarifen für Privatkunden. Weitere Städte wie Darmstadt, Hamburg, München und Leipzig folgen. Wenn auch bereits 2019 die ersten 5G-Netze eingeführt werden, ist nicht damit zu rechnen, dass 5G sofort am ganzen Markt präsent ist. LTE und LTE-Advanced werden weiterhin von großer Bedeutung bleiben.

April 2019 erstes 5G-Netz in Südkorea!

Südkorea war weltweit das erste Land, welches ein flächendeckendes 5G-Netz in Betrieb nahm. Interessant ist, dass das Land die Inbetriebnahme zwei Tage früher als geplant durchführte. Damit kam Südkorea dem Mobilfunkanbieter Verizon zwei Stunden zuvor. Verizon wollte 5G in den Städten Chicago und Minneapolis einführen.

Wo gibt es 5G bereits in Deutschland?

Die Deutsche Telekom will bis 2025 90 Prozent der Fläche Deutschlands mit 5G abdecken. Dann sollen auch 99 Prozent der Bevölkerung mit 5G versorgt sein. Mehr als 100 Standorte mit mehr als 300 Antennen hat die Telekom bereits und will diese in 2019 in Betrieb nehmen.

Folgende “Google Maps”-Grafik zeigt dir wo 5G bereits verfügbar ist. An den rot markierten Orten funktioniert 5G.

Gesundheit: Ist das 5G-Netz gefährlich?

Ist 5G schädlich? Eine Frage, die in Verbindung mit mobilem Internet und Funkstrahlung immer wieder auftaucht. Die Sorge um eine höhere Strahlenbelastung ist groß.

Vor allem müssen von den 5G-Masten auf der gleichen Fläche deutlich mehr Stück platziert werden, als es bei 4G noch der Fall ist.

Ohne irgendwelche Haftung zu übernehmen geben wir hier eine kurze Zusammenfassung der aktuellen Lage und Erkenntnisse:

5G Gefahren

5G: Welche Gefahren bringt uns die nächste Mobilfunkgeneration?

  • Bei Smartphones gibt es den SAR-Wert (Grenzwert). Dieser soll 2 Watt pro Kilogramm am Kopf bzw. Ohr nicht überschreiten. Die aktuellen SAR-Werte von Smartphones findet jeder Anwender in der Betriebsanleitung.
  • Experten für Strahlenschutz sehen derzeit keine Anhaltspunkte, dass die hochfrequente Strahlung Erbgut von Zellen oder Gewebe schädigen kann.
  • Es wird mehr Sendemasten geben. Die Sendemasten senden mit geringerer Sendeleistung.
  • Laut Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) gibt es keinen Nachweis dafür, dass Smartphone-Nutzung Krebs verursachen könnte.
  • Laut Nicole Meßmer vom Bundesamt für Strahlenschutz kann man schlecht abschätzen inwieweit die Stärke der Strahlung, der jeder einzelne durch uns ausgesetzt wird, sich ändern wird. Allerdings sind die Frequenzbereiche, in denen 5G genutzt wird, gut erforscht.
  • In höheren Frequenzbereichen (26 GHz, 40 GHz und bis zu 86 GHz) liegen zur Wirkung auf den Menschen nur wenige Untersuchungsergebnisse vor. Diese Bereiche wirken sich wenn überhaupt auf die Körperoberfläche aus. Sie können daher Augen und Haut beeinflussen.
  • Bei der Mobilfunkstrahlung handelt es sich um elektromagnetische Strahlung. Eine solche Strahlung hat vieler Studien zufolge eine thermische (wärmende) Wirkung wie wir sie von Mirkowellen kennen. Beim Mobilfunk ist der Effekt allerdings deutlich geringer.
  • Die einzig nachgewiesene Nebenwirkung bei hochfrequenter Strahlung ist eine erhöhte Körpertemperatur.
  • Oktober 2018 haben sich einige Ärzte in einem offenen Brief an Andreas Scheuer (Bundesminister für Verkehr und digitale Infrastruktur) gewandt in dem sie vor den Auswirkungen für elektrosensible Patienten warnen. Laut Bundesamt für Strahlenschutz sind elektrische und magnetische Felder nicht die Ursache für die Beschwerden der knapp 2 Prozent Deutschen, die meinen deswegen an Kopfschmerzen, Müdigkeit und Konzentrationsstörungen zu leiden.
  • Es gibt keinen Beweis für die Unbedenklichkeit.
Tipps mit denen du deinen Körper vor Handystrahlung schützen kannst
  • Halte dein Handy möglichst selten an den Kopf und nutze wenn möglich beim Telefonieren ein Headset oder die Lautsprecherfunktion.
  • Trage ungenutzte Handys nicht am Körper.
  • Die maximale Strahlungsleistung erreichen Smartphones bei schlechtem Empfang. Daher solltest du wenn möglich auf den Einsatz in schlecht ausgebauten Gebieten vermeiden (z.B. Auto, Zugfahrt).
  • Nutze Zuhause das Festnetz statt Handy.
  • Verschicke Textnachrichten statt zu telefonieren.
  • Schütze besonders Kinder vor hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung.

Fazit zu 5G: Vorteile und Nachteile

5G soll mehr als nur schnelle Übertragungsraten bei mobilem Internet bieten. Mit dem neuen Mobilfunkstandard werden gänzlich neue Anwendungsfelder ermöglicht, die wir jetzt noch gar nicht alle absehen können. Wir dürfen gespannt sein, welche Möglichkeiten und Features das neue Netz uns in Zukunft ermöglicht.

Abschließend haben wir noch alle uns bekannten Chancen den Risiken gegenübergestellt. Falls dir weitere Vorteile und Nachteile auffallen, freuen wir uns über eine Kontaktaufnahme.

Vorteile bzw. Chancen

  • Höhere Geschwindigkeiten bis 20 Gbit/s
  • Geringere Latenz: Ziel von 5 ms bis runter auf 1 ms
  • Anbieter werden pro Fläche deutlich mehr Endgeräte versorgen können: Ziel sind 1 Trillion Endgeräte pro km²
  • 5G wird bei bis zu 500 km/h nutzbar sein.
  • Bessere Spektraleffizienz als bei LTE (4G)
  • Massive-MIMO und Beamforming ermöglichen mehr Effizienz
  • Geringere Netzkosten (1/5 zu Vorgängernetzen)
  • Höhere Netzzuverlässigkeit (Ziel sind 99,999 %)

Nachteile bzw. Kritik

  • Kostspielig: Laut Telekom-Chef Timotheus Höttges würde der Ausbau des Mobilfunkstandards in ganz Europa etwa 300 bis 500 Milliarden Euro kosten.
  • Kurze Reichweite: Derzeit werden in Deutschland ca. 50.000 Antennen benötigt, um das Land flächendeckend zu versorgen. Es müsste stattdessen 780.000 5G-Antennen geben, um das gesamte Land abzudecken. 5G könnte bedeuten, dass städtische Gebiete vorrangig aufgerüstet werden, statt den Empfang im ländlichen Raum zu verbessern.
  • Bedarf an noch höherem Speed bei Verbrauchern gering. Anbieter wie Vodafone und Telekom versuchen immer schnellere Mobilfunknetze bereitzustellen. Dabei wäre es Verbrauchern wichtiger ein zuverlässiges und flächendeckendes LTE-Netz zu haben. Zumal sind Handytarife an ein Datenvolumen geknüpft, welches bei noch schnelleren Speeds noch schneller erschöpft sein dürfte.
  • Gesundheit: Kritiker befürchten eine noch höhere Strahlenbelastung und gesundheitliche Folgen.

Weiterführende Quellen und Weblinks

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