1. Was ist 5G und wie funktioniert das Mobilfunknetz?
5G ist die 5. Generation des Mobilfunks und der Nachfolger der 4G- (auch LTE genannt) und 3G-Mobilfunknetze (auch UMTS genannt).
Ein Mobilfunknetz besteht aus drei Elementen:
- dem Kernnetz, d.h. der grundlegenden IT-Infrastruktur (Informationstechnologie-Infrastruktur) des jeweiligen Netzbetreibers,
- dem Transportnetz als Verbindung zwischen Kernnetz und den Basisstationen und
- den Endgeräten der Nutzerinnen und Nutzer.
Elektromagnetische Wellen übertragen Daten zwischen Endgeräten und Basisstationen. Ihre Schwingungen pro Sekunde definieren die Frequenz, die in der Einheit Hertz (Hz) angegeben wird. Bislang nutzt der Mobilfunk Frequenzen zwischen 800 Megahertz und 2,6 Gigahertz (GHz). Mit 5G kommen höhere Frequenzen im Bereich von 3,4 bis 3,8 GHz hinzu. Diese höheren Frequenzen haben eine geringere Reichweite.
Aber: Mit den höheren Frequenzen steht mehr Frequenzraum für große Datenmengen zur Verfügung.
Strahlung umgibt uns tagtäglich. Mobilfunk gehört zur nichtionisierenden Strahlung: Sie führt wenig Energie mit sich und kann chemische Bindungen nicht brechen. Sie ist nicht vergleichbar mit ionisierender Strahlung, also dem Bereich von Radioaktivität oder Röntgenstrahlung (siehe Abbildung 1).
Abbildung 1: Frequenzbereiche nichtionisierender und ionisierender Strahlung. (Quelle: https://www.deutschland-spricht-ueber-5g.de/medien/)
2. Was kann 5G?
5G bietet
- geringere Latenz, also weniger Zeit zwischen Senden und Empfangen von Daten,
- mehr Flexibilität: Ein 5G-Netz kann sich in mehrere „virtuelle“ Netze aufteilen, die jeweils auf bestimmte Anforderungen optimiert sind,
- breitere Frequenzbänder, die mehr Daten übertragen können,
- aktive Mehrantennensysteme, bei denen Antennengruppen für das Senden und Empfangen von Daten gemeinsam oder parallel genutzt werden,
- gezielte Versorgung: dank Beamforming (für genauere Informationen siehe Glossar von Deutschland spricht über 5G, Abschnitt 5 und Abbildung 2) richten Antennen ihre Felder auf Nutzerinnen und Nutzer aus.
3. Wie ausgereift ist die Technologie?
5G ist neu und dennoch bekannt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben hunderte Studien zum Mobilfunk durchgeführt. Auch wenn es 5G erst seit Kurzem gibt, bleiben ältere Forschungsergebnisse gültig – denn 5G funkt zunächst im oder nahe beim Frequenzbereich von 4G. Dementsprechend gut erforscht sind die Wirkungen. Mobilfunk wird noch höhere Frequenzbänder nutzen. Diese 26-Gigahertz-Netze entstehen sehr wahrscheinlich nicht flächendeckend. Um die Datenlage weiter zu verbessern, laufen auch hierzu Forschungen.
4. Welche Funkmasten werden errichtet und welche Reichweite und Sendeleistungen erreichen diese?
Alle Arten von Basisstationen werden in der Regel einfach als Funkmasten bezeichnet. Basisstationen versorgen das ganze Land mit Mobilfunk. Die Netzbetreiber errichten Stationen auf Masten oder auf Dächern. Jede Basisstation versorgt ein bestimmtes Gebiet – eine Funkzelle. Sie kann nur eine begrenzte Anzahl von Nutzerinnen und Nutzern aufnehmen. Deshalb bauen die Betreiber in Städten viele kleine Zellen auf, deren Leistungen relativ gering sind. Nur so stören sich die benachbarten Funkzellen nicht gegenseitig.
Die Strahlungsleistung von Funkmasten ist zwar viel höher als die eines Mobiltelefons, aber unser persönlicher Abstand zum Funkmast ist auch viel größer. Nur wenige Meter vom Funkmast befinden wir uns weit unterhalb der Grenzwerte. Der weitaus größere Anteil an Strahlung erreicht uns vom eigenen Handy. Aber auch dessen Sendeleistung ist unbedenklich. Je näher Handy und Funkmast zueinander sind, desto weniger Sendeleistung benötigt das Handy. Ein dichtes Netz von Mobilfunkstandorten führt deshalb in der Regel zu einer geringeren Exposition der Handynutzeerinnen und -nutzer.
5. Welche Unterschiede gibt es in Funktionsweise und Nutzung bei 5G im Vergleich zu den Vorgängerstandards (3G/4G)?
Über 5G werden wir künftig immer mehr Daten übertragen. Durch den technischen Fortschritt wird die Übertragung der Daten immer effizienter. Ein Video zum Vergleich zwischen den Download- und Upload Geschwindigkeiten von 3G, 4G und 5G finden Sie hier.
Beamforming ist eine neue, aktive Antennentechnologie. Eine 5G-Sendeantenne mit dieser Technik richtet die Funkwelle (Beam) gezielter auf Endgeräte, zum Beispiel Handys, aus (siehe Abbildung 2). So können mehrere Geräte gleichzeitig Daten herunterladen, ohne sich gegenseitig einzuschränken. Bisher verwendete passive Antennen senden gleichmäßig Signale – sie orientieren sich also nicht flexibel an der tatsächlichen Nutzung. Beim Beamforming wird der „Beam“ so angepasst, dass eine optimale Verbindung zustande kommt.
Abbildung 2: Funktionsweise bisheriger und neuer Antennentechnologie. (Quelle: https://www.deutschland-spricht-ueber-5g.de/medien/)
Untersuchungen des Umweltbundesamtes zeigen:
5G verbraucht 3-mal weniger Energie als 4G und sogar 20-mal weniger als 3G, um die gleiche Menge an Daten zu übertragen.
Ein Beispiel:
Wer eine Stunde lang Online-Videos in einer HD-Qualität über das 5G-Netz schaut, verursacht Treibhausgase, die 5 Gramm CO2 entsprechen. Über 4G sind es 13 Gramm und über 3G sogar 90 Gramm CO2 pro Stunde. Dies ermittelte das Forschungsprojekt Green Cloud-Computing. Es betrachtet den Energieverbrauch in Rechenzentren und in den Mobilfunknetzen.
Quelle für den Inhalt des Blogeintrags
Die aufgeführten Texte und Abbildungen stammen aus der Broschüre "Verständlich erklärt: Was Sie über Mobilfunk und 5G wissen sollen" , herausgegeben vom Dialogbüro Deutschland spricht über 5G. Besuchen Sie gern die Website Deutschland spricht über 5G, um mehr über die 5G-Mobilfunktechnologie zu erfahren.
Weitere Links und weiterführende Informationen:
