Zwei Mitarbeitende stehen in einer Fabrik und nutzen 5G-Mobilfunk auf einem Tablet

5G-Technologie

Der Mobilfunk-Standard für leistungsfähige Netzwerke

Was ist 5G?

5G ist die fünfte Mobilfunkgeneration und bildet heute die Grundlage für leistungsfähige mobile Breitbandzugänge, resiliente Standortvernetzung und zunehmend auch industrielle Anwendungen. Mit 5G New Radio (NR) unterstützt der Standard hohe Datenraten, kurze Reaktionszeiten und eine hohe Gerätedichte. Welche Performance tatsächlich erreicht wird, hängt jedoch von Frequenz, Netzarchitektur, Funkversorgung, Auslastung und Endgerät ab.

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Exkurs: Wie funktioniert Mobilfunk?

Im Mobilfunk transportieren hochfrequente, elektromagnetische Wellen Datenpakete von den Antennen bzw. Funkzellen zu den Empfängern. Die Frequenz beschreibt die Anzahl dieser Wellen pro Sekunde. Die Bandbreite gibt hingegen Auskunft über die verfügbare Intervallbreite innerhalb eines Frequenzspektrums.

Je niedriger die Frequenz ist, desto höhere Reichweiten bzw. Zellgrößen können erzielt werden. Der Datendurchsatz ist allerdings in diesem unteren Frequenzband auf Grund der nur noch wenigen freien Kanalbandbreiten stark limitiert. Ein solches Netz eignet sich daher für die Versorgung in weitflächigen Gebieten mit nur geringem Anspruch an den Datendurchsatz.

Umgekehrt verhält es sich bei Netzen, die einer hohen Nutzerdichte gerecht werden: Durch die Nutzung höherer Frequenzen stehen größere Kanalbandbreiten zur Verfügung, die eine schnellere Übertragung von großen Datenmengen ermöglichen und dadurch die Leistung verbessern. Neben großen Mobilfunkantennen werden zum Ausgleich der geringeren Funkwellenreichweite auch Kleinzellen (Small Cells) als Basisstationen verwendet. Die höheren Frequenzen, die ausschließlich für 5G vorgesehen sind, eignen sich daher hauptsächlich für den Betrieb in Städten und anderen Ballungsgebieten.

Was sind die Vorteile von 5G gegenüber 4G?

Abbildung über die nutzbaren Frequenzbereiche für 5G

Größere Frequenzbereiche

5G New Radio (NR) nutzt ein breites Frequenzspektrum, um unterschiedliche Anforderungen an Reichweite, Kapazität und Datenrate abzudecken. Dabei wird grundsätzlich zwischen Frequency Range 1 (FR1) und Frequency Range 2 (FR2) unterschieden.

FR1 umfasst niedrige und mittlere Frequenzbereiche. Niedrigere Frequenzen bieten aufgrund…

FR1 umfasst niedrige und mittlere Frequenzbereiche. Niedrigere Frequenzen bieten aufgrund ihrer Ausbreitungseigenschaften typischerweise größere Reichweiten und eine bessere Gebäudedurchdringung. Höhere Frequenzen innerhalb von FR1 ermöglichen dagegen größere Kanalbandbreiten und damit höhere Kapazitäten. In Deutschland spielt insbesondere das Mid-Band um 3,6 GHz eine wichtige Rolle für leistungsfähige 5G-Netze. Für private, nichtöffentliche 5G-Netze – sogenannte Campusnetze – stehen zudem Frequenzen im Bereich von 3,7 bis 3,8 GHz zur Verfügung.

FR2 umfasst deutlich höhere Frequenzen und ermöglicht durch große verfügbare Kanalbandbreiten besonders hohe Datenraten und Kapazitäten. Aufgrund der stärkeren Ausbreitungsdämpfung ist die Reichweite jedoch geringer, sodass diese Frequenzen insbesondere für lokale Anwendungen und hohe Kapazitätsanforderungen auf begrenzten Flächen interessant sind. In Deutschland können für lokale breitbandige Anwendungen Frequenzen im Bereich von 24,25 bis 27,5 GHz beantragt werden.

Welche Performance ein 5G-Netz tatsächlich erreicht, hängt daher wesentlich vom eingesetzten Frequenzband, der verfügbaren Kanalbandbreite, der Funkversorgung und der Netzauslastung ab. Die Kombination unterschiedlicher Frequenzbereiche ermöglicht es, 5G-Netze gezielt auf Anforderungen wie Flächenabdeckung, hohe Kapazität oder hohe Datenraten auszulegen.

Vergleich der Geschwindigkeiten von 4G und 5G

Höhere Geschwindigkeiten

Die erhöhte Bandbreiteneffizienz von 5G ermöglicht im Gegensatz zu den Vorgängerstandards deutlich schnelleres Up- und Downloaden im theoretisch zweistelligen Gigabit-Tempo*. Im Vergleich von 4G zu 5G können in jedem Fall vielfach schnellere Ladezeiten erreicht werden. Dabei sorgt eine Frequenz- bzw. Kanalbündelung, die auch schon beim LTE-A ("Advanced") eingesetzt wird, für die Nutzung eines größeren Spektrums. Mithilfe der Kanalbündelung mehrerer kleiner Frequenzblöcke (Carrier) eines Netzbetreibers entstehen so größere virtuelle Frequenzbänder, die die zur Verfügung stehenden Datenraten pro Empfangsgerät zusammengefasst erhöhen. Das Ganze wird Carrier Aggregation (CA) genannt. Während das Limit pro Carrier bei 4G noch bei 20 MHz lag, profitiert das 5G-Netz von einer angehobenen Grenze von 100 MHz pro Carrier.

*Hinweis: Es handelt sich hier um Maximalgeschwindigkeiten unter Idealbedingungen, die in der Praxis nicht immer erreicht werden können. Derzeit werden in deutschen 5G-Netzen Datenraten zwischen 50 MBit/s und 1,5 GBit/s in Abhängigkeit von Frequenz, Carrier Aggregation, Kanalbandbreite und Modulation erreicht.

Niedrigere Latenzen

5G ermöglicht kürzere Reaktionszeiten als frühere Mobilfunkgenerationen. Besonders kurze Latenzen sind jedoch von der gesamten Ende-zu-Ende-Architektur abhängig – von der Funkschnittstelle über das Transport- und Core-Netz bis zur jeweiligen Anwendung. 5G Standalone und lokal bereitgestellte Edge-Infrastrukturen können dabei helfen, Kommunikationswege weiter zu verkürzen.

Stabilere Kapazität

Leistungsfähige 5G-Zellen können trotz geringerer Reichweite gleichzeitig mehr mobile Empfangsgeräte präziser und schneller als 4G-Antennen versorgen. Die sogenannten Small Cells verdichten vorhandene Antennenstandorte bei besonders hoher Nachfrage weiter, um die Netzwerkkapazität zu erhöhen und Netzüberlastungen bei Großveranstaltungen oder in…

Realisiert wird dies durch intelligente Antennen- und Zellensysteme, die 3D-Beamforming verwenden. Im Gegensatz zu passiven Antennen älterer Standards steuern die aktiven 5G-Zellen ihre Signalleistung nach Bedarf zielgerichtet und strahlenförmig. Dadurch werden Randbereiche mit stärkeren Signalen versorgt und eine flexiblere Reaktion auf den jeweiligen Netzbedarf gesichert. So wird nur dann Sendeleistung und damit Strahlung abgerufen, wenn sie benötigt wird.

Übersicht über die gemeinsame Netzausnutzung von 4G und 5G

Von 5G NSA zu 5G Standalone

Beim Aufbau der ersten 5G-Netze kam überwiegend 5G Non-Standalone (NSA) zum Einsatz. Dabei wird 5G New Radio (NR) in eine bestehende LTE-Netzarchitektur integriert. LTE übernimmt wesentliche Funktionen der Signalisierung und Anbindung, während 5G NR zusätzliche Funkkapazitäten für die Datenübertragung bereitstellt. Dieser Ansatz ermöglichte einen schnellen 5G-Rollout, da vorhandene 4G-Infrastrukturen weitergenutzt werden konnten. Dynamic Spectrum Sharing (DSS) ermöglicht dabei die gemeinsame Nutzung von Frequenzressourcen durch LTE und 5G.

5G Standalone (SA) verzichtet dagegen auf die LTE-Infrastruktur als technische Basis. 5G NR wird direkt an einen eigenständigen 5G Core angebunden. Dessen servicebasierte Architektur trennt Netzwerkfunktionen stärker voneinander und ermöglicht eine flexible Steuerung von Control Plane und User Plane. Dadurch werden weiterentwickelte Quality-of-Service-Mechanismen, Network Slicing und optimierte Kommunikationspfade möglich.

Der Wechsel von NSA zu SA ist damit mehr als ein Upgrade der Funkschnittstelle: Er betrifft die gesamte Mobilfunkarchitektur – vom Radio Access Network über das Core-Netz bis zur Bereitstellung und Steuerung von Netzwerkdiensten.

Übersicht über die alleinige Netzausnutzung von 5G

Von 5G zu 5G-Advanced und RedCap

5G wird im Rahmen der 3GPP-Releases kontinuierlich weiterentwickelt. 3GPP Release 18 markiert den Beginn von 5G-Advanced und erweitert die bestehenden 5G-Funk- und Netzfunktionen unter anderem hinsichtlich Effizienz, MIMO, Positionierung sowie der Integration von AI/ML und Non-Terrestrial Networks (NTN). Damit wird 5G für ein zunehmend breiteres Spektrum an…

Eine wichtige Entwicklung für IoT- und Industrieanwendungen ist 5G Reduced Capability (RedCap). Nicht jedes Endgerät benötigt hohe Gigabit-Datenraten, große Kanalbandbreiten oder komplexe Antennensysteme. RedCap reduziert deshalb gezielt Funktionen und Hardwareanforderungen von 5G-Endgeräten, etwa bei Kanalbandbreite und Antennenanzahl. Dadurch lassen sich kompaktere, energieeffizientere und kostengünstigere 5G-Geräte beispielsweise für Sensorik, Wearables und industrielle Anwendungen realisieren.

Wie sicher ist 5G?

5G verfügt gegenüber früheren Mobilfunkgenerationen über weiterentwickelte Sicherheitsmechanismen für Authentifizierung, Teilnehmeridentität und Kommunikation. Für Unternehmensanwendungen reicht die Absicherung des Mobilfunknetzes allein jedoch nicht aus. 5G sollte deshalb in die bestehende Sicherheitsarchitektur eingebettet werden – beispielsweise mit VPN und Verschlüsselung, Firewalling, Segmentierung, Zugriffskontrolle und zentralem Monitoring. Besonders bei Private 5G sollten Funknetz, 5G-Core, Edge-Infrastruktur und Unternehmensnetz gemeinsam betrachtet und abgesichert werden.

Anwendungsfelder von 5G

5G ermöglicht Unternehmen eine flexible und leistungsfähige Ergänzung ihrer bestehenden Netzwerk-Infrastruktur. Das Einsatzspektrum reicht von der resilienten Standortvernetzung über temporäre Zugänge bis hin zu privaten 5G-Netzen für Campus- und Industrieumgebungen.

Backup und Ausfallsicherheit

Als zusätzlicher WAN-Zugang kann 5G kabelgebundene Internetverbindungen zuverlässig absichern. Fällt die primäre Verbindung aus, lässt sich der Datenverkehr automatisch über Mobilfunk weiterführen. Durch den unabhängigen Übertragungsweg erhöht 5G so die Verfügbarkeit von Standorten und reduziert das Risiko längerer Ausfallzeiten.

Primärzugang und Multi-WAN

Dank hoher Datenraten und geringer Latenzen kann 5G in geeigneten Szenarien auch als primärer WAN-Zugang eingesetzt werden – beispielsweise an Standorten ohne leistungsfähige Festnetzanbindung. In Multi-WAN- und Active/Active-Szenarien lassen sich Festnetz und 5G zudem parallel nutzen und Datenströme abhängig von Verfügbarkeit, Verbindungsqualität oder Anwendung intelligent steuern.

Day-1 Connectivity und temporäre Standorte

5G ermöglicht die schnelle Anbindung neuer oder zeitlich begrenzter Standorte, ohne auf die Bereitstellung eines kabelgebundenen Anschlusses warten zu müssen. Typische Einsatzgebiete sind neue Filialen, Baustellen, Pop-up-Stores oder mobile Einsatzorte. eSIM kann die Bereitstellung zusätzlich vereinfachen: Mobilfunkprofile werden digital auf einer integrierten eUICC bereitgestellt, sodass keine physische SIM-Karte vor Ort eingesetzt oder ausgetauscht werden muss.

Techpaper: eSIM im R&S®LANCOM Router

Private 5G für Campus und Industrie

Mit Private 5G können Unternehmen ein eigenes, nichtöffentliches Mobilfunknetz für Campus- und Industrieumgebungen betreiben. Funkabdeckung, Teilnehmer und Netzressourcen lassen sich dabei gezielt auf die jeweiligen Anforderungen ausrichten. Typische Anwendungen sind AGV (Automated Guided Vehicles) und AMR (Autonomous Mobile Robots), Maschinen und Produktionsanlagen, Video- und Bildverarbeitung sowie Sensorik und IoT.

Private 5G ersetzt dabei nicht grundsätzlich WLAN oder kabelgebundene Netze, sondern ergänzt diese insbesondere dort, wo großflächige Funkabdeckung, Mobilität oder kontrollierbare Kommunikationsbedingungen erforderlich sind. In Verbindung mit lokalem Edge Computing können Daten zudem nahe an der Anwendung verarbeitet und Kommunikationswege verkürzt werden.

Lesen Sie mehr zum effizienten 5G-Einsatz in Ihrem Unternehmensnetz im Whitepaper: 5G-Mobilfunk im Unternehmensnetzwerk.

Unsere 5G-Produkte

Unsere R&S®LANCOM Secure SD-WAN Gateways mit 5G unterstützen neben 5G Non-Standalone (NSA) auch den 5G-Standalone-Betrieb (SA) und sind damit für moderne 5G-Netze ausgelegt.

Produktfoto R&S®LANCOM IAP-5G mit Antennen

	Produkt Info
R&S®LANCOM 1936VAG-5G	Secure SD-WAN VoIP Gateway mit Multi-WAN über VDSL bzw. G.Fast, Glasfaser, Gigabit Ethernet & 5G (Dual-SIM/eSIM) für die Vernetzung (mittel-)großer Unternehmen	Mehr Informationen
R&S®LANCOM 1930EF-5G	Secure SD-WAN Gateway mit Multi-WAN über Glasfaser, Gigabit Ethernet und 5G (Dual-SIM/eSIM) für sichere Vernetzung (mittel-)großer Unternehmen	Mehr Informationen
R&S®LANCOM 1803VAW-5G	Secure SD-WAN VoIP Gateway mit VDSL, Glasfaser, Gigabit Ethernet, Wi-Fi 6 und 5G (eSIM) für sichere Standortvernetzung kleiner und mittelgroßer Unternehmen	Mehr Informationen
R&S®LANCOM 1803VA-5G	Secure SD-WAN VoIP Gateway mit VDSL, Glasfaser, Gigabit Ethernet und 5G für sichere Standortvernetzung kleiner und mittelgroßer Unternehmen	Mehr Informationen
R&S®LANCOM 1800VA-5G	Secure SD-WAN Gateway mit VDSL, Glasfaser, Gigabit Ethernet und 5G für sichere Standortvernetzung kleiner und mittelgroßer Unternehmen	Mehr Informationen
R&S®LANCOM 1800EFW-5G	Secure SD-WAN Gateway mit Glasfaser, Gigabit Ethernet, Wi-Fi 6 und 5G (eSIM) für sichere Standortvernetzung kleiner und mittelgroßer Unternehmen	Mehr Informationen
R&S®LANCOM 1800EF-5G	Secure SD-WAN Gateway mit Glasfaser, Gigabit Ethernet und 5G für sichere Standortvernetzung kleiner und mittelgroßer Unternehmen	Mehr Informationen
R&S®AirLancer I-360D-5G	Indoor-4G/5G-Antenne mit 360°-Abstrahlwinkel und 2x2 MIMO	Mehr Informationen
R&S®AirLancer O-360D-5G	Outdoor-4G/5G-Antenne mit 360°-Abstrahlwinkel und 2x2 MIMO	Mehr Informationen
R&S®AirLancer O-360Q-5G	Outdoor-5G-Antenne mit 360°-Abstrahlwinkel und 4x4 MIMO	Mehr Informationen
R&S®LANCOM IAP-5G	Robustes Secure SD-WAN Gateway mit 5G im IP50-Schutzgehäuse für sichere Standortvernetzung in anspruchsvollen Umgebungen	Mehr Informationen
R&S®LANCOM OAP-5G	Outdoor Secure SD-WAN Gateway mit 5G (eSIM) im IP67-Schutzgehäuse für sichere Standortvernetzung in anspruchsvollen Umgebungen	Mehr Informationen
R&S®LANCOM 750-5G	Mobilfunk-Netzwerkerweiterung mit integriertem 5G-Modul für den Einsatz als Modem oder Router	Mehr Informationen

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