Begriffe rund um 5G erklärt

Wie so häufig bei technischen Themen werden viele Begriffe verwendet, die hauptsächlich von Fachleuten oder technisch versierten Menschen verstanden werden (können). 

Die folgende Zusammenstellung greift einige wichtige Begriffe auf und versucht, diese so verständlich wie möglich zu erklären. 

Antennen

Antennen sind Sendeanlagen für Fernmeldedienste, für die Mobiltelefonie. An einer solchen Antenne werden 2G-, 3G-, 4G- und/oder 5G-Elemente angebracht, die ein intaktes Mobilfunknetz sicherstellen.

Bandbreite

Mit Bandbreite wird die Differenz zwischen der niedrigsten und der höchsten Frequenz, die auf einem Übertragungskanal möglich ist, bezeichnet. Sie wird in Bit pro Sekunde gemessen und beschreibt damit die Menge an Daten, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums übertragen werden kann. Mit einer höheren Bandbreite können mehr Daten übertragen werden. Dementsprechend ist mit Bandbreite auch oft die Geschwindigkeit im Download und Upload gemeint.

Beamforming

Durch Beamforming kann eine Mobilfunkstation die Nutzenden individuell und gezielt im Senderadius "anfunken". Funktechnisch ergibt sich dadurch ein deutlich besseres "Signal-Rausch-Verhältnis", wodurch die Stabilität und potenziell auch die maximal erreichbare Datenrate zunehmen.

ComCom

Die Eidgenössische Kommunikationskommission (ComCom) ist die unabhängige Konzessions- und Regulierungsbehörde im Fernmeldebereich und wurde durch das Fernmeldegesetz (FMG) vom 30. April 1997 ins Leben gerufen. Die ComCom ist unter anderem für die Vergabe der Frequenzen und die Überwachung der Konzessionsbedingungen zuständig.

Downloadzeiten

Beispiel: der Download eines 5 GB grossen Games oder von mehreren hundert Bildern. Während UMTS (3G) mit dem Download eines 100-GB-Back-ups satte 24 Tage (!) beschäftigt wäre, kann 5G diese Aufgabe künftig in circa 800 Sekunden bewältigen – mit anderen Worten: in 13 Minuten. Und das bei der niedrigsten angenommenen Datenrate von 1 Gbit/s.

Aus heutiger Sicht mögen 100 GB für einen Download vielleicht viel sein, doch Ultra-HD-Filme oder Festplatten-Back-ups in der Cloud umfassen schnell derartige Datenmengen.

Elemente

Eine 5G-Antenne wiegt bis zu 75 kg, was rund 40 kg mehr sind als Exemplare der vorigen Generationen. Der Gewichtszuwachs begründet sich darauf, dass zahlreiche Elemente der Radiotechnik in die Antenne integriert sind (5G arbeitet mit aktiven Antennen).

Fixed Wireless

Fixed Wireless Broadband ist neben der Mobilfunktechnologie der zweite Typ von 5G-Services. Fixed Wireless umfasst drahtlose Systeme und Geräte an festen Standorten, zum Beispiel in Büros und Wohnungen. Nutzer erhalten ihren Internetzugang ohne spezifische kabelgebundene Verbindung. Betreiber wiederum zahlen wahrscheinlich weniger für die Bereitstellung, da Glasfaser an Small-Cell-Standorten mit Fixed Wireless die zeitaufwendig zu verlegenden Glasfaserleitungen ersetzen wird, die sie traditionell ausrollen.

Frequenzen

Eine Frequenz ist die Anzahl periodischer Veränderungen des elektrischen Stroms oder einer Schallwelle pro Zeiteinheit. Die Masseinheit ist Hertz (Hz).

In der Schweiz werden zum einen bestehende Frequenzen (700, 800, 900, 1400, 1800, 2100 und 3500 MHz) für 5G genutzt, und zum anderen können die drei Betreiber Salt, Sunrise und Swisscom, die die Frequenzkonzessionen ersteigert haben, die neu zugeteilten Frequenzen für 5G verwenden.

Full Duplex

Full Duplex ist die Fähigkeit einer Übertragungstechnologie, auf der dieselben Frequenz gleichzeitig senden und empfangen.

Bisherige Mobilfunktechnologien konnten dieses Problem nicht lösen und mussten deshalb entweder auf verschiedenen Frequenzen senden und empfangen (Simplex) oder Sender und Empfänger mussten sich abwechseln (Half Duplex). Mit der 5G-Technologie werden Sender und Empfänger dazu fähig sein, gleichzeitig zu senden und zu empfangen.

Man kann sich das etwa wie eine Unterhaltung zwischen zwei Menschen vorstellen. Beim Half Duplex wechseln sie sich gegenseitig zwischen Reden und Zuhören ab, während beim Full Duplex beide gleichzeitig reden können und sich trotzdem gegenseitig verstehen.

Funkzelle

Eine Funkzelle ist der räumliche Bereich, in dem das Funksignal ausgehend von einem Sendemast (s.u.) übertragen werden kann. Alle Nutzer, die sich mit ihrem Endgerät innerhalb einer Funkzelle bewegen, teilen sich deren Kapazität.

Grenzwerte

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat eine Empfehlung hinsichtlich der (Immissions-)Grenzwerte (IGW) ausgesprochen: 40-60 V/m (Volt pro Meter1). Der IGW darf an einem Ort generell nicht überschritten werden, an dem sich Menschen aufhalten können. Er ist höher als der Anlagegrenzwert und ist abgestuft und abhängig von der Frequenz der Strahlung. In der Schweiz liegt er beispielsweise für 900 MHz bei 42 V/m und für 3600 MHz bei 61 V/m.

In der Schweiz gibt es allerdings noch ein Anlagegrenzwert (AGW) als Messwert ausschliesslich für die einzelne Funkanlage. Er liegt je nach Anlagentyp zwischen 4,0 und 6,0 V/m. Dieser Grenzwert gilt jedoch nur für Orte mit empfindlicher Nutzung. Das sind Räume in Gebäuden, in denen sich Personen regelmässig während längerer Zeit aufhalten. In der Regel davon ausgenommen sind Tierställe.

1Volt pro Meter ist die Masseinheit für die Stärke elektrischer Felder.

IoT – Internet of Things / Internet der Dinge

Mit dem IoT sind nicht nur Menschen mit dem Internet verbunden, sondern auch Geräte und Maschinen, die sogar alle untereinander kommunizieren können. Diese Vernetzungen unterstützen unseren Alltag zunehmend.

Kleinzellen

Kleinzellen, auch Small Cells genannt, werden zur Netzverdichtung beziehungsweise für Kapazitätserhöhungen eingesetzt. Sie können überall dort, wo viel Mobilfunkverkehr anfällt, und an Orten mit besonders hoher Nachfrage, beispielsweise an Bahnhöfen, auf Messegeländen oder auch an städtischen Knotenpunkten, installiert werden.

Latenz

Netzwerklatenz ist die Verzögerung oder die Transferzeit von Paketen zwischen verschiedenen Punkten. Latenz ist der Hauptunterschied zwischen 4G und 5G. Während 4G eine Latenz von 60 bis 98 Millisekunden bietet, verspricht 5G eine Latenz von 1 Millisekunde oder sogar weniger. Dank einer derart geringen Latenz kann 5G Echtzeitkommunikation ermöglichen, etwa zuverlässiges Audio- und Video-Streaming.

LTE

Long Term Evolution ist ein 4G-Standard, der die Basis für die 5G-Technologie darstellt. LTE bietet erhöhte Kapazität und mehr Geschwindigkeit sowie hohe maximale Datenübertragungsraten. Das 3GPP hat LTE auch entwickelt, um drahtlose Breitbandstandards global zu vereinheitlichen. LTE unterstützt mehrere Traffic-Typen, beispielsweise Sprache, Video und Messaging.

Millimeterwelle

Millimeterwellen liegen im Frequenzspektrum zwischen 30 GHz und 300 GHz und ermöglichen Breitbandverbindungen mit Hochgeschwindigkeit zur Übertragung von Daten. In diesem Frequenzband soll auch 5G unter anderem arbeiten. Millimeterwellen nutzen hochfrequente, kurze Wellenlängen, um sich auszubreiten, was als Sichtausbreitung bezeichnet wird. Aufgrund der Natur von Millimeterwellen können atmosphärische Änderungen – wie erhöhte Luftfeuchtigkeit – und physische Hindernisse ihre Leistung und Signalstärke beeinträchtigen.

MIMO

MIMO steht für Multiple Input, Multiple Output. Es handelt sich um ein Übertragungsverfahren, das für die Kommunikation mehrere Antennen bei Sendern und Empfängern nutzt. MIMO setzt eine intelligente Antennentechnik ein, die verfügbare Antennen kombiniert, um potenzielle Fehler bei Datenübertragungen zu minimieren und die Übertragungsgeschwindigkeiten zu optimieren. 5G verwendet massive MIMO, das den Anbietern hilft, ihre Netzwerke auf die Unterstützung erhöhter Datenmengen vorzubereiten.

Mobilfunknetz

Im Gegensatz zum Festnetz haben die Endgeräte im Mobilfunk keine feste Verbindung zum Netz. Im Mobilnetz ist die "letzte Meile" von der Antenne zum Endgerät kabellos. Die Antenne ist meist per Lichtwellenleiter (LWL) ins sogenannte Backbone-Netz eingebunden.

Mit 1G, der analogen Telefonie, nahm alles seinen Anfang. Die ersten Mobiltelefone (Natel A) waren so schwer, dass sie meistens fest im Auto eingebaut waren. Dann veränderten sich die Kundenbedürfnisse und neue Technologieentwicklungen rund um das bestehende Mobilfunknetz setzten sich durch. Schon bald konnten SMS und E-Mails empfangen und verschickt, Fotos geschossen und gespeichert, Apps heruntergeladen, Websites besucht, Videos gedreht und grosse Datenmengen übertragen werden. Entsprechend mussten die Mobilfunknetze laufend erweitert und angepasst werden.

Mit der neuesten Generation 5G werden sogar hochauflösende Videos, IoT und noch grössere Datenmengenübertragungen möglich sein. Für diese Entwicklungen genügt das heutige 4G-Netz nicht mehr. 5G kann allerdings nicht nur Kapazitätsengpässen entgegenwirken, sondern ist für die Schweiz auch darüber hinaus wichtig: im Rahmen der Strategie unseres Bundesrats für eine "digitale Schweiz". Die Entwicklung der Netze hat auch zur Folge, dass neue, 5G-fähige Mobiltelefone auf den Markt kommen, da 4G-Apparate nichts mit einem 5G-Signal anfangen können.

Network Slicing

Network Slicing, auch Netzwerk-Slicing genannt, ist eine Architektur, die virtuelle Netzwerke in einzelne Bereiche aufteilt. Diese werden auch als Slices bezeichnet und unterstützen verschiedene Services und Anwendungen, die sich alle auf der gleichen Hardware befinden. Jedes Slice besitzt seine eigene Architektur, Sicherheit und Verwaltung. Diese Architektur separiert die User Plane und die Control Plane, so dass die User Planes näher an den Netzwerk-Edge rücken. Network Slicing ist eine zentrale Funktion von 5G.

NIS und NIS-Berechnung – nicht ionisierende Strahlung

In der Verordnung über den Schutz vor nicht ionisierender Strahlung (NISV) hat die Schweiz die Grenzwerte für die zulässige elektrische, magnetische und elektromagnetische Strahlung von ortsfesten Anlagen im Frequenzbereich von 0 bis 300 GHz geregelt.

Anhand der NIS-Berechnung wird pro Antenne die Einhaltung der vorgegebenen Grenzwerte ermittelt.

Radio Access Network

Auch unter dem Akronym RAN bekannt, verbindet diese Technologie Geräte mit verschiedenen Teilen von Netzwerken über Funkverbindungen. Die jüngste RAN-Weiterentwicklung unterteilt die User Plane und die Control Plane in einzelne Elemente. Diverse 5G-Funktionen, zum Beispiel Network Slicing und MIMO funktionieren auf diese Weise problemlos.

RTC

Mit Real-Time Communications (Echtzeitkommunikation) können Anwender Informationen und Daten sofort mit geringer oder ohne Latenz teilen. RTC ermöglicht direkten Zugriff von Quellen auf Ziele, weil diese Live-Kommunikation keine Speicherung erfordert. RTC wird im Zusammenhang mit 5G-Netzwerken massiv beworben.

Small Cell

Small Cells oder Kleinzellen sind physisch kleine Funkbasisstationen mit geringer Leistung, um die Effizienz von drahtlosen Netzwerken zu verbessern. Small Cells besitzen die Kapazität, um Daten im unteren, mittleren und oberen Frequenzbereich, etwa Millimeterwellen, zu übertragen. Aufgrund der hohen Geschwindigkeiten von 5G bei begrenzten Reichweiten werden Small Cells immer öfter zum Einsatz kommen und eine zuverlässige Signalstärke sicherstellen, von der 5G profitiert. Im Gegensatz zu Mobilfunkmasten versorgen Small Cells nur einen relativ kleinen Bereich, etwa wenige Häuserblocks, so dass ihre Installationsdichte höher ist.

Testmessung

Testmessungen finden in Form von sogenannten Drive- oder Walktests statt. Dabei werden Gebiete abgefahren und abgelaufen, um die Netzqualität zu prüfen. Die Mitarbeitenden sind mit speziellem Messequipment ausgerüstet.

 

 

Die Begriffserklärung basierend auf folgenden Quellen: