Oft ist vom „neuen 5G-Standard“ die Rede. Dabei schwingt dann mit, dass bei dem jüngsten Mobilfunkstandard alles neu wäre. Doch auch, wenn 5G vieles besser kann als seine technischen Vorgänger, stimmt das nicht: Zwar steht das Kürzel 5G für die fünfte Generation im Mobilfunk – und drückt damit aus, dass diese neueste technische Entwicklungsstufe der Mobilfunk-Technik auf die vierte Generation (4G/LTE) folgt. Doch wie schon bei den vorherigen Generationsschritten ist aus technischer Sicht nicht alles neu an 5G. Was auch bedeutet, dass diese Mobilfunktechnik auch bei Aspekten wie dem Immissionsschutz keineswegs bei Null anfängt ­– sondern auch dabei auf langjährige Erfahrungen aufbaut.

Tatsächlich entstehen technische Standards immer auch zu guten Teilen aus Weiterentwicklungen ihrer jeweiligen Vorgänger. Das gilt auch für den Schritt von 4G zu 5G. Dabei wirkt sich nicht zuletzt aus, dass auch 4G/LTE keine über Jahre unveränderte Technologie war. Beim Marktstart von LTE in Deutschland im Jahr 2010 erreichte diese Technik Datenraten von 100 Mbit/s bei Downloads und 50 MBit/s bei Uploads. Zehn Jahre später und somit parallel zum Start der ersten 5G-Netze hierzulande, ließen sich mit „LTE Advanced Pro“ bis zu 1 Gigabit/s bei Downloads und bis zu 200 Mbit/s bei Uploads erreichen. Die LTE-Technik hatte sich kontinuierlich weiterentwickelt – und zwar erheblich.

Wichtige Zwischenschritte von 4G zu 5G

LTE Advanced Pro wird in der Mobilfunkbranche auch als „4,5G“ bezeichnet. Dies unterstreicht, dass dieser weiterentwickelte Standard schon einen halben Schritt in Richtung 5G vollzogen hat. Sein Geschwindigkeits-Tuning verdankt „4,5G“ eine Reihe von Verbesserungen gegenüber der ursprünglichen LTE-Technik: Leistungsfähigerer Signalcodierung („256QAM“), der Nutzung mehrerer Antennen und Signalströme (MIMO – Multiple Input, Multiple Output) sowie der Kombination mehrerer Frequenzbereiche für die Übertragung sowohl in „Downlink“- als auch in „Uplink“-Richtung (Downlink = vom Netz zum Endgerät; Uplink = Übertragung in der Gegenrichtung). Diese Kombination von Frequenzblocks heißt in der Fachsprache „Carrier Aggregation“ – wörtlich: Verbindung von Trägerwellen.

Welche Datenraten mit diesem Tuning-Kit für Mobilfunk tatsächlich erreichbar sind, hängt allerdings von vielen Faktoren ab: Welche Frequenzen stehen für die LTE-Versorgung zur Verfügung, welche der genannten Technikbausteine nutzt ein Netzbetreiber in welcher Ausprägung, welche davon unterstützt das jeweils verwendete Smartphone? Aus diesen Gründen unterscheiden sich die maximal möglichen Datenraten nicht nur von Netzbetreiber zu Netzbetreiber und je nach Endgerät, sondern auch von Funkzelle zu Funkzelle. Oder praktisch gesprochen: sie können je nach Nutzungsort durchaus unterschiedlich ausfallen.

Auch die Reaktionszeiten wurden schrittweise kürzer

Neben den immer besonders plakativ wirkenden Datenraten hat sich bei 4,5G aber auch die sogenannte Latenz deutlich verbessert – die Reaktionsgeschwindigkeit des Netzes. Beim LTE-Start 2010 galten Latenzen von 20 bis 30 Millisekunden schon als sehr guter Wert, mit LTE Advanced Pro konnten sie unter optimalen Bedingungen schon unter 10 Millisekunden sinken. Damit näherte 4,5G auch in dieser Hinsicht schon den Eigenschaften von 5G bei dessen Marktstart.

Möglich wurde dies, weil sich die Mobilfunknetze auch in ihrem inneren Aufbau – der Struktur und Funktionsweise des sogenannten Kernnetzes – kontinuierlich weiterentwickelten. Dabei trafen die Netzbetreiber auch schon Jahre vor ihren 5G-Einführungen Entscheidungen und Vorbereitungen, die auf die künftige Erweiterung von 4G auf 4G+5G ausgelegt waren. Schrittweise bewegte sich die Technik in ihren Netzen in Richtung Zukunft.

So führte schon der schrittweise Ausbau der Anbindungen von Mobilfunkbasisstationen per Glasfaser statt etwa Richtfunk zu deutlichen Geschwindigkeitsvorteilen. In den sogenannten Kernnetzen, der netzinternen Vermittlungstechnik, sorgte der sogenannte Evolved Packet Core für schnellere Reaktionszeiten und höhere Flexibilität. Dies gelang beispielsweise, indem konventionelle Schalt- und Steuer-Hardware durch „Software-defined Networking“ (SDN) ersetzt wurde. Dabei übernimmt Software statt spezieller „Switches“ und „Router“ die Navigation der Datenpakete an ihr Übertragungsziel. So kann das Netz flexibel auf unterschiedliche Auslastungen reagieren. Zudem werden weitere Leistungssteigerungen allein durch Software-Optimierungen möglich. Künftige Entwicklungsschritte bei 5G wie „Network Slicing“ oder „Mobile Edge Computing“ wären ohne SDN gar nicht möglich.

Technologische Verwandtschaft bringt praktische Vorteile

Dass 5G evolutionär aus 4G beziehungsweise aus 4,5G hervorging, bot den Netzbetreibern zudem viele clevere Möglichkeiten gerade in der Einführungsphase von 5G. So profitiert zum Beispiel das Dynamic Spectrum Sharing (DSS), mit dem eine Mobilfunkzelle ihre Kapazitäten je nach Bedarf zwischen 4G- und 5G-Nutzern verteilen kann, von der engen Verwandtschaft zwischen diesen beiden Mobilfunkstandards.

Natürlich bietet 5G im Vergleich zu 4G deutliche Vorteile – höhere Datenraten, kürzere Reaktionszeiten und perspektivisch weitere Fortschritte wie Betriebsarten für jahrelange Batterielaufzeiten oder im Versorgungsbereich höchste Zuverlässigkeit. Doch auch diese Errungenschaften basieren auf der technologischen Fortentwicklung aus früheren Standards.

Gleichzeitig zeigt ein Blick zurück aber auch auf, wie es in Zukunft weitergehen dürfte: Auch 5G wird sich in vergleichbarer Weise wie seinerzeit 4G fortentwickeln – 5G-Mobilfunknetze in fünf bis zehn Jahren werden wieder vieles ermöglichen, was heute noch Zukunftsmusik ist. Dabei werden sie sich auch wieder Schritt für Schritt der nächsten Generationsstufe annähern – und voraussichtlich über einen Zwischenschritt wie „5,5G“ beziehungsweise „5G Advanced“ in den späten zwanziger Jahren schließlich zu 6G führen.