5G-Netzwerke – Leistungsmerkmale und Nutzung


 

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Die nächste Generation der mobilen Telekommunikationsnetze (5G) wird bis 2020 marktreif sein. Die Vorzüge des 5G bestehen jedoch nicht nur in der Beschleunigung der Übertragungsrate, vielmehr soll ein breitgefächertes IoT-Universum in Gang gesetzt werden, da diese Netze den Kommunikationsbedarf von Milliarden vernetzter Geräte abdecken können - mit dem jeweils adäquaten Verhältnis zwischen Geschwindigkeit, Latenz und Kosten. Die folgenden Fragen und Antworten sollen einen Einblick in die 5G-Technologie geben - wie sich die Netze vom aktuellen 4G/LTE unterscheiden, welche neue IoT-Nutzung möglich ist und wie die Mobilnetzbetreiber hiervon profitieren.

Was ist 5G (und was nicht), was ist der Unterschied zwischen 4G/LTE und 5G?

 

Die nächste (5.) Generation des kabellosen Übertragungsnetzwerks - Einführung spätestens 2020 geplant -  ist auf eine Entwicklung ausgerichtet, die über das mobile Internet hinaus geht, und soll vor allem den IoT-Markt (Internet of Things) ansprechen. Die wichtigsten Neuerungen gegenüber dem heutigen 4G end 4.5G (erweitertes LTE) sind neben der beschleunigten Übertragungsrate verbesserte Leistungen, damit das IoT und kritische Kommunikationsanwendungen über das Netz laufen können.  So bietet die „low latency" eine Echtzeit-Interaktivität für cloud-basierte Dienste, was beispielsweise für den Erfolg von selbstfahrenden Autos entscheidend ist.   Der niedrigere Energieverbrauch ermöglicht zudem vernetzten Objekten einen monate- oder gar jahrelangen Einsatz ohne menschlichen Eingriff.

Im Gegensatz zu den aktuellen IoT-Diensten, die Abstriche bei den Leistungen machen, um über die aktuellen kabellosen Technologien (3G, 4G, WiFi, Bluetooth, Zigbee, usw.) zu funktionieren, ist mit 5G die volle Leistung für ein umfassendes IoT möglich.    Hiermit wird eine universell vernetzte Welt eingeleitet.

Die 5G-Technologie muss 8 Basisanforderungen erfüllen

  • Datenrate von 10 GB - > 10 - 100 Mal höher als Netzwerke der Generationen 4G und 4.5G  
  • Latenz von einer Millisekunde
  • 1000-fache Bandbreite pro Flächeneinheit
  • Bis zu 100-fache Anzahl vernetzter Geräte pro Flächeneinheit (gegenüber 4G LTE)
  • 99,999 % Verfügbarkeit 
  • 100 % Netzabdeckung 
  • 90 % Reduzierung des Energieverbrauchs bei Netznutzung 
  • Akkuleistung von bis zu 10 Jahren bei Schwachstrom-IoT-Geräten

 

5G Technology is driven by 8 sepcification requirements  

  • 5G-Netzwerke

    5G-Netzwerke – Leistungsmerkmale und Nutzung

    Es handelt sich um die 5. Netzwerkgeneration (5G), die sich aktuell in der Entwicklung befindet und spätestens 2020 auf den Markt kommen soll. Im Vergleich zur heutigen 4G LTE Technologie soll beim 5G eine höhere Übertragungsrate (1 GB) bei weniger Energieverbrauch durch Schwachstrom und niedrigerer Latenz (1 ms oder weniger) erzielt werden, um eine intensive Nutzung des Internets der Dinge (IoT), des taktilen Internets und der Robotik zu ermöglichen.

    5G-Netzwerke – Leistungsmerkmale und Nutzung

 Einführung in 5G - Fragen und Antworten

Welche neuen Anwendungsmöglichkeiten bietet das 5G?

  • What are the real 5G use cases?

    Mit jeder neuen Mobilfunknetz-Generation gingen zahlreiche neue Nutzungsmöglichkeiten einher. Das 5G wird da keine Ausnahme bilden und auf IoT und kritische Kommunikationsanwendungen fokussiert sein.

    • 5G-Netzwerke weiten die Breitbanddienste vom mobilen Internet auf IoT und kritische Kommunikationssegmente aus
    • 4.5G-Netzwerke (erweitertes LTE) verdoppelten die Übertragungsrate gegenüber 4G
    • 4G-Netzwerke ermöglichten alle IP-Dienste (Sprache und Daten), ein schnelles Breitbandinternet mit einheitlichen Netzwerkarchitekturen und Protokollen
    • 3.5G-Netzwerke boten ein echtes universelles mobiles Internet, was den durchschlagenden Erfolg der Apps für Mobilgeräte einleitete
    • 3G-Netzwerke ermöglichten eine bessere mobile Internetdatenübertragung, jedoch mit begrenztem Erfolg bei Diensten mit hohem Datenvolumen
    • 2.5G-Netzwerke verbesserten die Datenübertragung durch Edge
    • 2G-Netzwerke ermöglichten mobile digitale Sprachdienste und erste Datendienste (SMS, GPRS) sowie Roaming-Dienste
    • 1G-Netzwerke ermöglichten mobile analoge Sprachdienste

    Einige Anwendungen, wie selbstfahrende Autos, erfordern eine extrem niedrige Latenz (schnelle Antwortzeiten), jedoch keine schnellen Datenübertragungsraten.

    Auf der anderen Seite benötigen cloud-basierte Unternehmensdienste eine hohe Übertragungsrate zur Analyse großer Datenmengen, während hier die Latenz eine untergeordnete Rolle spielt.

    Virtuelle Netze (5G Slicing), maßgeschneidert für die verschiedenen Anwendungen:

    5G unterstützt alle Kommunikationsanforderungen von Schwachstromnetzen, den Local Area Networks (LAN), wie beispielsweise private Netzwerke, bis zu Wide Area Networks (WAN) - wobei jeweils die adäquate Latenz/Übertragungsrate ausgewählt werden kann. Bislang wurde dieser Bedarf durch Kumulierung einer Vielzahl verschiedener Netzwerke (WiFi, Z-Wave, LoRa, 3G, 4G, usw.) gedeckt; mit dem 5G lassen sich Netzkosten mit Anwendungsanforderungen über einfache virtuelle Netzkonfigurationen individuell in Einklang bringen. Durch diese neue Technik sind die 5G-Mobilnetzbetreiber in der Lage, sich ein größeres Stück vom IoT-Markt-Kuchen abzuschneiden, da sie kosteneffiziente Lösungen für Breitband- und Schwachstromnetzanwendungen anbieten können


  • Wann kommt das 5G? Wie weit ist die Standardisierung für die 5G-Technik, wie lange wird es dauern, dieses Kapitel abzuschließen?

    • 2012 startete ITU-R das Programm „IMT for 2020 and beyond” und legte hiermit das Fundament für 5G
    • Japan und Korea begannen 2013 mit der Aufstellung ihrer 5G-Anforderungen
    • NTT Docomo führte 2014 erste 5G-Pilotversuche durch
    • Samsung, Huawei und Ericsson begannen 2013 mit der Prototypentwicklung
    • Die südkoreanische SK Telecom plant für 2018 bei den olympischen Winterspielen in Pyeongchang eine 5G-Vorführung
    • Ericsson und TeliaSonera planen die kommerzielle Markteinführung in Stockholm und Tallinn noch vor Ende 2018
    • Japan hat den Start von 5G für die olympischen Sommerspiele in Tokio 2020 vorgesehen

  • Wie schnell wird das 5G sich durchsetzen?

    Der globale Durchbruch von 5G weicht voraussichtlich drastisch von allen bisherigen Netzgenerationen (3G, 4G) ab: während diese Technologien sich auf die mobile Internetnutzung beschränkten und von der Verfügbarkeit von sog. „Killerapplikationen“ abhingen, wird 5G vornehmlich von den neuen IoT-Anwendungen, wie selbstfahrenden Autos, angekurbelt werden.

    Aufgrund der neuen Nutzungsperspektiven durch Vernetzungen über das Breitband gehen Lösungsanbieter wie Ericsson davon aus, dass in weniger als 12 Monaten nach der Einführung des 5G mehr als 150 Millionen Geräte hierüber vernetzt sein werden

    Für die herkömmliche mobile Internetnutzung, d.h. alle LTE-Netze zusammengenommen, rechnet die GSMA bis 2020 mit der folgenden Marktdurchdringu.ng


  • Welche Auswirkungen hat 5G für Mobilnetzbetreiber?

    • 5G ist trotz allen Vorzügen eine Breitbandtechnologie für den Mobilfunk und ein Netzwerk unter vielen. Entscheidend für den Erfolg des 5G werden folglich die Erfahrungen und Kompetenzen der Mobilnetzbetreiber sein.
    • Neben den Netzdiensten haben die Mobilnetzbetreiber mit 5G die Möglichkeit, neue IoT-Dienste zu entwickeln und anzubieten
    • Die Installation von 5G-Netzen neben den 3G- und 4G-Netzen wird die Mobilnetzbetreiber aufgrund der zahlreichen Frequenzmöglichkeiten (vor allem durch das prognostizierte enorme IoT-Volumen) vermutlich vor großen Herausforderungen stellen. Die Mobilnetzbetreiber werden ein sehr breites Frequenzspektrum zwischen 6 und 300 GHz abdecken müssen, was hohe Investitionen in die Netzinfrastrukturen bedeutet.
    • Um das Latenzziel von 1 ms zu erreichen, sind Glasfaserverbindungen für die Basisstationen der 5G-Netze erforderlich.
    • Was die Kosteneinsparungen anbelangt: die 5G-Netze sollen auch die Nutzung virtueller Netzwerke wie Schwachstrom-Schmalbandnetzwerke (LPLT) für günstige IoT-Anwendungen ermöglichen - wodurch die heutigen LoRa-Netzwerke entfallen, die für ein solches Angebot bisher zusätzlich zu 4G benötigt wurden.

  • Wird die 5G-Technologie sicher sein?

    Bei den aktuellen 4G-Netzen kommt die USIM-Anwendung zum Einsatz, um eine starke Authentifizierung zwischen dem Nutzer, seinem vernetzten Gerät und dem Netzwerk zu gewährleisten. Der Host für die USIM-Anwendung kann eine herausnehmbare SIM-Karte oder ein integrierter UICC-Chip sein. Eine starke gegenseitige Authentifizierung ist entscheidend für sichere, vertrauenswürdige Dienste. Die heutigen Sicherheitslösungen kombinieren bereits die externe Sicherheit (Gerät) mit der Kernsicherheit (Netzwerk). In Zukunft könnten verschiedene Sicherheitsstrukturen nebeneinander existieren; 5G wird wahrscheinlich auf die bereits bestehenden Lösungen der 4G-Netze und der Cloud zurückgreifen (SEs, HSM, Zertifizierung, Over-The-Air und KMS).

    Der endgültige Standard für eine starke gegenseitige Authentifizierung bei 5G-Netzen steht jedoch noch nicht fest. Die Anforderungen an Sicherheit, Datenschutz und Vertrauen werden aufgrund der angebotenen IoT-Dienste sicher mindestens streng ebenso wie für 4G sein - wenn nicht strenger. Lokale sichere Elemente (SE) in den Geräten können nicht nur den Netzzugang sichern, sondern auch sichere Dienste wie das Notrufmanagement und virtuelle Netze für das IoT unterstützen.


  • Was sind die Vorteile von 5G für den Nutzer?

    5G bedeutet für die Nutzer nicht nur ein schnelleres mobiles Internet, sondern vor allem die Vernetzung zahlreicher Objekte, die 2016 noch nicht vernetzbar waren. Auto und Haus sind nur zwei Beispiele der großen IoT-Revolution, die durch 5G-Netze unterstützt wird.


  • Wie wird die 5G-Technologie die Vermarktung von IoT-Geräten vorantreiben, die Mobilnetze anstelle des WLANs nutzen?

    Die drahtlose WLAN-Technik beschränkt sich auf eine sehr begrenzte Reichweite, Übertragungsrate und Latenz. Für viele IoT-Dienste sind jedoch eine höhere Erreichbarkeit, mehr Mobilität, eine höhere Übertragungsleistung und schnellere Antwortzeit erforderlich. Mit 5G wird somit das IoT-Universum richtig durchstarten.


  • Wie werden 5G-Netze / Anwendungen die Welt verändern?

    Die „Empfindung“ von Geschwindigkeit, sofortige Antwort und hohe Übertragungsleistung für IoT-Anwendungen wird mit 5G endlich Realität. So ist beispielsweise der lang erwartete Erfolg eines selbstfahrenden Autos nur mit 5G-Netzen möglichen.