Starke Netze für den Mobilfunk

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Laut dem Ericsson Mobility Report steigt der weltweite mobile Datenverkehr pro Monat bis zum Jahr 2027 auf 370 Exabyte (EB) – heute sind es 80 EB. Grund dafür sind neue digitale Entwicklungen, die über den privaten Gebrauch hinausgehen: Telemedizin in Echtzeit, intelligente Autos, die kommunizieren und Unfälle verhindern, Smart Cities, Produktionsmethoden, die von künstlicher Intelligenz und Sensorik gestützt werden.

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Exabyte

Ein Exabyte sind eine Milliarde Gigabyte

Daher müssen die Netze immer leistungsfähiger und schneller werden. Besonders in der Industrie soll 5G verstärkt zum Einsatz kommen. Da es bei 5G technische Besonderheiten gibt, muss die Infrastruktur zum Teil neu aufgebaut werden.

Passgenaues Internet für jeden

Teil einer neuen Infrastruktur sind zum Beispiel spezielle 5G-Antennen. Diese nutzen eine Technologie, bei der die Funkwellen gezielt zum Empfänger gesendet werden. Die Antennen ermitteln immer den besten Pfad für ein Signal zum empfangenden Endgerät. Zum Vergleich: Vorherige Antennengenerationen senden passiv und sektorbezogen, das heißt, sie streuen ihr Signal, unabhängig vom Bedarf.

Illustration: Sendemast

Die Versorgung mit Internet unterscheidet sich vom 4G-Mobilfunkstandard gegenüber 5G:

4G

Der bisherige Mobilfunkstandard 4G sendet im Frequenzbereich bis 2,6 Gigahertz. Ein Mast versorgt gleich mehrere Quadratkilometer Fläche mit Internet. Dadurch benötigt das 4G-Netz wenige Antennen, da die Funksignale weit streuen. Die hohe Reichweite des Frequenzbereichs geht jedoch auch mit einer geringeren Datenrate einher. Im 4G-Netz sind Datenraten bis zu 1 Gbit/s möglich. In Frequenzbereichen unter 1 Gigahertz lassen sich weitläufige Gebiete gut mit Internet versorgen.

5G

5G-Masten können in einem Frequenzbereich von bis zu 300 Gigahertz senden. Für ein großflächiges Netz braucht es dafür jedoch deutlich mehr Antennen, da die Reichweite eines Mastes lediglich ein bis drei Kilometer beträgt. Generell gilt für hohe Frequenzbereiche, dass die Reichweite sinkt, die Datenrate aber steigt. Somit sind im 5G-Netz Datenraten von bis zu 10 Gbit/s möglich. Effizient wird diese Abwägung von Reichweite und Datenrate in Großstädten, wo sich viele Endgeräte auf kleinem Raum befinden.

Illustration: Kuh
Ein Netz für die Industrie

In industriellen Anwendungen können sowohl 4G- als auch 5G-Technologie genutzt werden, um beispielsweise Geräte im Internet of Things zu verknüpfen. 5G-Technologie bietet jedoch einige spezifische Vorteile. Damit Anwendungen ungestört voneinander arbeiten können, lassen sich physische 5G-Netze in mehrere virtuelle Schichten unterteilen. Die Anwender können eine Schicht je nach Bedarf für einen bestimmten Anwendungsfall einsetzen – zum Beispiel für die Steuerung eines Roboters oder den Betrieb eines Messengers, der dann unabhängig von anderen Netzen funktioniert. Somit bleiben die Anwendungen frei von gegenseitigen Störeinflüssen.

Illustration: Sendemast
Sicher in Echtzeit

Mit 5G-Netzen können Anwender ihre Daten zudem lokal halten und Geräte in Echtzeit kommunizieren lassen. In 5G-Campusnetzen lassen sich exklusive Netze für einzelne Gebäude oder Produktionsstätten aufbauen. Die Daten werden darin lokal verarbeitet und sind dadurch sicher, da kein Zugriff von außen auf das private Netz möglich ist. Eine besondere Option in lokalen 5G-Netzen, die dies möglich macht, sind kleine Rechenzentren vor Ort. Darin werden die Daten direkt zum Beispiel im Fabrikgebäude verarbeitet, statt bis zu einem weit entfernten Rechenzentrum gesendet werden zu müssen. Das reduziert vor allem die Verzögerungszeit und ist somit Grundlage für Dienste, die in Echtzeit ablaufen müssen.

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(Text: Kilian Recht)

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