5G oder "die fünfte Generation" gehört zur Reihe der Funknetzgenerationen in der mobilen Telekommunikation. Der Aufbau dieses Mobilfunknetzes begann 2019 als Nachfolger des 4G-Netzes. Viele Mobilfunkunternehmen in verschiedenen Ländern beteiligen sich dabei an der Entwicklung des 5G-Netzes.
Teil 1: Einführung der 5G-Geschwindigkeit
Derzeit befindet sich das drahtlose Netzwerk noch in der Anfangsphase und wird erst in Kürze fertiggestellt sein. Einige Länder der Welt, wie z. B. Großbritannien, die USA, Australien und andere Länder, nutzen diese Netzwerke bereits insbesondere für kommerzielle Anforderungen. Laut der GSM Association wird das 5G-Netzwerk bis 2025 voraussichtlich mindestens 1,7 Milliarden Teilnehmer haben. Die Nationen der Welt werden bis dahin das drahtlose Netzwerk so ausgebaut haben, dass 5G-Geräte die Vorteile dieses neuen Netzwerks mit einer größeren Bandbreite nutzen können.
Wie in Ländern welche das 5G-Netz bereits erleben, wird es wahrscheinlich ein bedeutenden Schub für Unternehmen, Live-Streamer, Gamer, Industrien und andere markante Bereiche geben, die massiv in die drahtlose Netzwerktechnologie investieren.
Mehrere Netzbetreiber weltweit haben bereits verschiedene Pläne angekündigt, um das Netzwerk noch in diesem Jahr zu verbreiten. Da das 5G-Netz eine schnellere drahtlose Übertragung, eine breitere Unterstützung für die gleichzeitige Verbindung von Geräten und eine geringere Latenz als die Vorgänger 4G-Netze erfordern wird, bedeutet das auch eine höhere Geschwindigkeit bei den Endnutzern. Das bedeutet, dass das Herunterladen von 8K-Filmen bei 5G-Teilnehmern wahrscheinlich nur Sekunden dauert, anstatt wie bisher beim 4G-Netz rund 30 Minuten dauert. Die gelieferte Geschwindigkeit ist auf Smartphones und anderen Geräten mit drahtloser Netzwerktechnologie zuverlässiger als je zuvor.
Das 5G-Netz wird voraussichtlich riesige Datenmengen übertragen können, um damit eine intelligente und vernetzte Welt zu ermöglichen. Der Prozess wird wahrscheinlich die Internet-of-Things-Technologie beschleunigen, da dieses Netzwerk in mehrere Geräte integriert wird, die wir täglich nutzen. Der Entwicklungsprozess ist noch nicht abgeschlossen, aber die Rollout-Pläne stehen, obwohl sie durch den Ausbruch des Coronavirus verlangsamt wurden. Das Netzwerk wird sich ausweiten, während die Netzbetreiber weitere Anstrengungen unternehmen, um die aktuellen Setups in neuen Gebieten zu implementieren.
5G verfolgt einen praktischen Ansatz, um zuverlässige Verbindungen zu gewährleisten. Die 5G-Geräte werden mithilfe von Funkwellen über ein lokales Antennenfeld innerhalb kleiner geografischer Bereiche, die als Zellen bezeichnet werden, verbunden. Diese lokalen Antennen sind über eine drahtlose Backhaul-Verbindungstechnologie und eine optische Faser mit hoher Bandbreite mit dem Internet und dem Telefonnetz verbunden. Das Protokoll wird es dem 5G-Netzwerk ermöglichen, etwa eine Million Geräte pro Quadratkilometer zu verbinden, ein höherer Durchsatz als es beim 4G-Netzwerk möglich war. Dieses unterstützt etwa 100000 Geräte pro Quadratkilometer.
Teil 2: Die 5G-Leistung
Das 5G-Netzwerk hat eine steigende Nachfrage bei den Anwendern. Die Entwicklung in Bezug auf den Durchsatz und die Latenzzeit, die mit dieser drahtlosen Netzwerktechnologie erlebt wird, erklärt diese Nachfrage. Das Kommunikationsnetzwerk der 5. Generation wird aufgrund der neuen Funktionen und Technologien, die im 5G-Netzwerk verwendet werden, viele Geräte aufnehmen und die bestehenden Anwendungen unterstützen. Zu den neuen Funktionen, die neue Erfahrungen mit dem 5G-Wireless-Netzwerk bringen, gehören MIMO (Multiple Input Multiple Output), ein kleines dichtes Netzwerk, eine bewegliche Basisstation, Beamforming und Millimeterwellenfrequenzen. Die Funktionen lösen einen schnellen Datenverkehr und eine enorme Erweiterung des Funknetzes aus.
Betrachtet man die aktuellen Forschungen und Entwicklungen zum 5G-Netzwerk, so zielen die 5G-Mobilfunksysteme darauf ab, noch nie dagewesene technische Herausforderungen zu lösen. Ebenso verlangen mehr Geräte nach dem neuen 5G-Netz, um Daten und Sprache zu übertragen und verschiedene Prozesse zur Verbesserung der Lebensqualität durchzuführen. Dies interpretiert den Bedarf an mehr Kapazität; daher entwickeln sich mehr Branchen in Richtung des 5G-Mobilfunknetzes. Im Folgenden sind die technischen Anforderungen aufgeführt, die darauf ausgerichtet sind, das 5G-Netz zu einer besseren Lösung für seine Nutzer zu machen.
Latenz: Es war eine Herausforderung, die Latenzanforderung unter Berücksichtigung der Datenrate und der Anforderungen, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums geliefert werden, zu erreichen. Die Latenz des 5G-Mobilfunknetzes sieht eine End-to-End-Latenzanforderung von 1-5 ms vor.
Abdeckung und Datenrate: Das 5G-Mobilfunknetz zielt darauf ab, in seiner gesamten Abdeckung eine zuverlässige Konnektivität mit einer Mindestdatenrate von 1 Gbps zu gewährleisten.
Verbundene Geräte: 5G hat die Vision, eine riesige Anzahl von Geräten einzubinden. Es wird uns allen erlauben, mit einer Datenrate von bis zu x100 4G-Netzwerk zu kommunizieren.
Energie und Kosteneffizenz: Mobilfunkunternehmen versuchen, das 5G-Netz so zu gestalten, dass es die Anforderungen jeder datenverbrauchenden Anwendung in verschiedenen Bereichen zu geringeren Kosten erfüllt. Ebenso zielt 5G darauf ab, eine höhere Energieeffizienz als die Vorgänger-Mobilfunknetzgenerationen zu liefern.
Effizienz des Mehrfach-Funkzugriffs: Die Entwicklung der 5G-Mobilfunktechnologie zielt nicht darauf ab, das bestehende 4G-Netz zu ersetzen. Das Netzwerk baut auf den aktuellen Drahtlostechnologien auf, um zuverlässige Konnektivität zu liefern und intelligente Lösungen für die Anforderungen der Telekommunikationsbranche bereitzustellen. Zu diesen Technologien gehören Long Term Evolution Advanced (LTE-A), Wireless Fidelity (Wi-Fi), Global System for Mobile Communication (GSM), Long Term Evolution (LTE) der dritten Mobilfunkgeneration (3G) UND High Speed Packet Access (HSPA).
Die oben genannten Anforderungen sind die Haupttreiber, damit datenintensive Anwendungen effizient arbeiten können, wie es in den letzten Jahren von Industrie und Wissenschaft gefordert wurde. Diesen Anforderungen folgend, müssen mehrere Technologien eingesetzt werden, um 5G-Netzwerke in die Realität zu bringen.
Millimeterwellen-Frequenz: Das 5G-Wireless-Netzwerk nutzt ein Frequenzspektrum, welches unter 6 GHz liegt. Die Millimeterwelle bietet dabei die beste Umgebung mit einer höheren Reaktion auf enorme Anforderungen an die Netzwerkkapazität.
Massives MIMO: Die MIMO-Technologie ist eine Erweiterung, die im 4G-Funknetz bereits breit anwendbar ist, um mit vielen Antennen gleichzeitig zu arbeiten. Die Millimeterwellenfrequenzen nutzen die MIMO-Technologie, um höhere Frequenzen zu übertragen, die kleinere Antennenelemente erfordern. Viele Antennen sind für die Basisstation und die Mobilstation erforderlich, um sicherzustellen, dass Empfänger und Transceiver-Architektur mit hoher Effizienz arbeiten können.
Kleine Zellen: 5G wird wahrscheinlich eine hohe Anzahl von Nutzern haben, wodurch die Verkehrsnachfrage steigt. Kleinzellen werden benötigt, um einen vorrangigen Aspekt im 5G-Netzwerk abzudecken.
Teil 3: Wie schnell ist 5G?
Die drahtlosen Mobilfunknetze entwickeln sich weiter und bringen neue Erfahrungen auf den Markt. Die wichtigsten treibenden Faktoren bei der Bereitstellung eines neuen Mobilfunknetzes drehen sich um Geschwindigkeit, geringe Latenz und erhöhte Zuverlässigkeit. Die Umstellung auf ein 5G-Netz wird von der Forderung nach einem Durchbruch bei der Geschwindigkeit begleitet. Viele Mobilfunkunternehmen wollen verschiedene Technologien einsetzen, um sicherzustellen, dass die erwartete Netzwerkgeschwindigkeit bei der Entwicklung von 5G-Netzwerken erreicht wird. Einige Länder wie Großbritannien, die USA, Australien und verschiedene Länder weltweit erleben 5G bereits mit einer variablen Geschwindigkeit, je nachdem, was die Netzbetreiber im Land liefern können.
Verschiedene Betreiber, die an den 5G-Geschwindigkeitstests arbeiten, haben von bis zu 20Gbps Spitzendatenraten und über 100Mbps durchschnittliche Datenraten berichtet. Neben einer erhöhten Spitzengeschwindigkeit sollte das 5G-Netz zudem durch die mmWave eine vielfältigere Netzkapazität aufweisen.
5G bietet auch eine niedrigere Latenzzeit im Vergleich zu den vorangegangenen Netzgenerationen. Durch die geringere Latenz kommt es auch zu einer unmittelbareren Reaktion und einem insgesamt einheitlicheren Surf-Erlebnis. Außerdem bleiben die Datenraten konstant hoch, auch wenn sich der 5G-Teilnehmer bewegen.
Neben der atemberaubenden Geschwindigkeit, die mit dem 5G-Funknetz erlebt wird, verfügt das Netz über ein adaptives Signalcodierungssystem, das die Fehlerraten signifikant so niedrig wie möglich hält. Auf der anderen Seite ist die Reichweite der 5G-Konnektivität ein erhebliches Problem. Die 5G-Konnektivität hängt von mehreren Faktoren ab. Der Reichweite und der Frequenz. Wobei die Frequenz typischerweise der treibende Faktor ist. Während die mmWave-Signale eine geringe Reichweite von ein paar hundert Metern haben, kann das Low-Band-Signal unter den richtigen Umständen eine Reichweite von Hunderten von Kilometern aufweisen.
Teil 4: 5G-Anwendungen, die du kennen solltest
5G ist eine neue drahtlose Netzwerkentwicklung, welche die Datenübertragung über Mobilfunknetze erheblich beeinflussen wird. Mehrere Anbieter arbeiten an der Einführung der 5G-Infrastruktur, um ein großes Anwendungspotenzial in verschiedenen Fällen zu gewährleisten. Im Anschluss gehen wir auf die folgenden Anwendungsgebiete der 5G-Mobilfunktechnologie ein:
Eine Erweiterung des Internets der Dinge
In industriellen und kommerziellen Bereichen wird bereits von einer umfangreichen Nutzung des Internets der Dinge mit integrierter 5G-Technologie berichtet, um Logistik und Produktion zu überwachen und zu optimieren. 5G hat sich auf die drahtlose Flexibilität und geringere Latenz ausgewirkt und ermöglicht eine Rationalisierung verschiedener Infrastrukturen, die Automatisierung in Fabriken, die Vernetzung von Geräten und eine erhöhte Transparenz in vielen Lieferketten.
Echtzeit-Daten für eine verbesserte Entscheidungsfindung
5G-Netzwerke liefern Echtzeitdaten in Gesundheitseinrichtungen, Einzelhandelsumgebungen, Stromversorgungsnetzen und vielen weiteren Bereichen, um Organisationen bei der Entscheidungsfindung zu unterstützen. Viele Informationen können dabei schnell und unkompliziert über das 5G-Netzwerk übertragen werden.
Autonome Fahrzeuge
Die vollständige Entwicklung des 5G-Netzes wird dazu beitragen, die Entwicklung von autonomen Fahrzeugprojekten abzuschließen. Selbstfahrende Autos werden 5G bei der Datenübertragung nutzen und eine enorme Menge an Informationen an das autonome Fahrzeugnetzwerk liefern. 5G wird auch eine entscheidende Rolle in autonomen Fahrzeugen spielen, wie z.B. automatische Diagnose, vorausschauende Wartung, Flottenmanagement, Betriebssystem-Updates und In-Car-Zahlungen.
Netzwerke im Gesundheitswesen
Der Gesundheitssektor wird enorm vom 5G-Netz profitieren, da es die Flexibilität von IoT-Geräten erweitert, ohne dass die Leistung dabei beeinträchtigt wird. Auch telemedizinische Dienste werden durch die 5G-Konnektivität schneller und zuverlässiger sein.
Smart City Applikationen
Städte auf der ganzen Welt werden das 5G-Mobilfunknetz nutzen, um eine intelligente Lösung zu finden - um Verkehrsstaus zu minimieren, einen effizienten öffentlichen Service zu bieten und die Sicherheit auf den Straßen zu verbessern. Sensoren könnte Daten schnell über das 5G-Netzwerk übertragen, um den Behörden Benachrichtigungen über Verkehrsprobleme und andere Zustände zu liefern.
Zusammenfassung
5G schafft weltweit in verschiedenen Sektoren neue Möglichkeiten. Die unglaubliche Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit bei den Datenübertragungen bieten bessere Strategien zur Abwicklung mehrerer kommerzieller Industrieprojekte. Viele Mobilfunkunternehmen in verschiedenen Ländern verpflichten sich, den 5G-Rollout an Kunden und Einrichtungen zu ermöglichen, um die Leistung zu verbessern und dabei eine Innovationen zur Steigerung der Lebensqualität auszulösen.
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Bastian Günter
chief Editor