iaremenko - stock.adobe.com

Leistungsdaten und Frequenzen von 5G und Wi-Fi-6

5G verspricht Stabilität, hohe Geschwindigkeit und niedrige Latenzen. Wi-Fi funkt ebenfalls mit Gigabit-Speed. Aber das WLAN ist oft überlastet. Was ist für Firmennetze sinnvoll?

Wer Daten, Texte, Sprache, Bilder, Videos über die Luft transportieren will, braucht Frequenzen. Das sind quasi die Datenstraßen in der Luft. Je mehr Straßen zur Verfügung stehen, desto mehr Verkehr kann insgesamt fließen.

Die wichtigsten Funkstraßen der mobilen Datenkommunikation heißen WLAN und Mobilfunk. Weitere Funkformen wie Bluetooth, DECT, LoRaWAN, Richtfunk, Satellitenfunk, Sigfox und ZigBee lassen wir außer Acht.

WLAN bei 2,4 und 5 GHz

Für WLAN gibt es bislang nur zwei nutzbare Frequenzbänder: 2,4 und 5 GHz, mit unterschiedlichen Eigenschaften. 2,4 GHz funkt weiter und kommt auch besser durch Decken und Wände hindurch als 5 GHz. Dafür lassen sich Daten über 5 GHz schneller übertragen als via 2,4 GHz.

Zu den wichtigsten Herstellern von WLAN-Infrastruktur, etwa WLAN-APs und WLAN-Router, gehören Cisco, Cisco-Meraki, Dell, D-Link, Extreme Networks, HPE-Aruba, Huawei, Juniper, Netgear, Ruckus und Zyxel, in Zentral-Europa auch AVM, Bintec und Lancom Systems.

Bei WLAN-Endgeräten dagegen gibt es tausende Hersteller, etwa für Laptops, Tablets, Smartphones, Drucker, sowie unzählige Funksensoren für Industrie, Verkehr, Smart City und Smart Home.

Kostenloser WLAN-Stau

Der große Erfolg von WLAN hat auch Nachteile: Die WLAN-Frequenzen sind oft verstopft. Die knappen Frequenzbänder bei 2,4 und 5 GHz sind immer stärker überfüllt, weil sie nichts kosten, weil man sie fast überall auf der Welt lizenzfrei, sprich kostenlos, nutzen darf.

Jeder darf Wi-Fi-Stationen, WLAN-Router und WLAN-Repeater nach Belieben aufstellen: egal ob große, mittlere oder kleine Firmen, Behörden, Schulen, Unis, Krankenhäuser, Gewerbetreibende, Freiberufler und ganz viele private WLAN-Nutzer. Zudem gibt es immer mehr WLAN-Endgeräte, sowie Smartphones, die mobile WLAN-Hotspots aufspannen können. All diese vielen WLAN-Sender machen die WLAN-Luft zeitweise fast unbrauchbar.

WLAN-6-Überholspur auf 6 GHz

Vermutlich wird in Europa bald das 6 GHz Band für WLAN geöffnet. Dann gibt es wieder mehr Luft für Wi-Fi, quasi eine zusätzliche Überholspur, ganz links auf der WLAN-Autobahn. Ältere Access Points für Wi-Fi 1, 2, 3, 4, 5 werden 6 GHz kaum noch verstehen. Aber das jüngste Wi-Fi 6 alias 802.11ax hat 6 GHz schon im Visier.

Die alten Bänder bei 2,4 und 5 GHz beherrscht Wi-Fi 6 sowieso, besser als die Vorgänger 802.11a, b, g, n, ac. Aber der lizenzfreie Massenzugang zu den WLAN-Bändern, und damit das WLAN-Haupt-Problem, bleibt auch mit Wi-Fi 6 bestehen.

Abbildung 1: Hohe Frequenzen funken die Daten schnell, aber kurz. Niedrige Frequenzen funken die Daten langsamer, aber weiter. Das gilt für WLAN oder Mobilfunk.
Abbildung 1: Hohe Frequenzen funken die Daten schnell, aber kurz. Niedrige Frequenzen funken die Daten langsamer, aber weiter. Das gilt für WLAN oder Mobilfunk.

Ordnung im teuren Mobilfunknetz

Im Mobilfunk gibt es viel mehr Frequenzbänder als beim WLAN. Aber es herrscht auch viel mehr Ordnung.

Wer dort die knappen Frequenzen bundesweit nutzen will, muss zuvor Millionen oder Milliarden Euro auf den Tisch des Staates blättern. Und danach strenge Auflagen erfüllen, siehe die 5G-Frequenz-Auktion im Juni 2019.

5G-Frequenzen von 700 MHz bis über 80 GHz

Die im Juni 2019 versteigerten 5G-Pionierbänder von 3.400 bis 3.700 MHz sind nur der Anfang.

5G ist sehr flexibel und dürfte auf lange Sicht von 700 MHz bis 86 GHz funken. Betrachten wir vorerst nur die wichtigsten Frequenzen.

Abbildung 2: In vielen Ländern der Welt wird über die Nutzung der hellgrünen Frequenzbereiche für den Mobilfunk diskutiert und verhandelt, auch und vor allem für 5G.
Abbildung 2: In vielen Ländern der Welt wird über die Nutzung der hellgrünen Frequenzbereiche für den Mobilfunk diskutiert und verhandelt, auch und vor allem für 5G.

5G-Frequenzen ab 700 MHz

Frequenzen von 700 bis 900 MHz sind längst an die bundesweiten Mobilfunkanbieter vergeben. Sie dienen heute vor allem der mobilen Telefonie und der 3G/4G-Internetkommunikation.

Man könnte diese Bänder künftig aber auch mit 5G bespielen.

Typische Eigenschaften dieser Frequenzen laut ITK-Branchenverband Bitkom sind (alles ungefähre Werte):

Zellgröße: 1 bis 10 Kilometer

Download: 20 bis 75 MBit/s

Upload: 10 bis 25 MBit/s

5G-Frequenzen um 2 GHz

Lizenzen um 2 GHz wurden zuletzt per 12. Juni 2019 von der Bundesnetzagentur (BNetzA) in Mainz für die Bundesweite Nutzung versteigert. Wichtige Eigenschaften laut Bitkom:

Zellgröße: 0,5 bis 5 Kilometer bei direkter Sicht

Download: 40 bis 150 MBit/s

Upload: 20 bis 50 MBit/s

5G-Frequenzen von 3,4 bis 3,7 GHz

Diese 5G-Pionierfrequenzen wurden ebenfalls per 12. Juni 2019 für die Bundesweite Nutzung versteigert. Eigenschaften laut Bitkom:

Zellgröße: 0,3 bis 3 Kilometer bei direkter Sicht

Download: 200 bis 1.000 MBit/s

Upload: 100 bis 200 MBit/s

5G-Frequenzen von 3,7 bis 3,8 GHz

Diese Frequenzen mit einer Gesamtbreite von immerhin 100 MHz wurden aus der bundesweiten 5G-Versteigerung ausgeklammert. Sie sind für die lokale und regionale Nutzung reserviert.

Dazu die BNetzA-Webseite, Abruf per Juni 2019: „Dadurch können auch regionale Netzbetreiber, kleine und mittlere Unternehmen oder Start-ups, mit einem erst künftig auftretenden Frequenzbedarf, sowie Gemeinden und Vertreter der Land- und Forstwirtschaft das Potenzial der kommenden Mobilfunkgeneration 5G für Anwendungen in der Wirtschaft und Industrie nutzen beziehungsweise die Mobilfunkversorgung im ländlichen Raum verbessern“. Die Eigenschaften bei 3,7 bis 3,8 GHz sind ähnlich wie oben im Abschnitt 3,4 bis 3,7 GHz beschrieben.

5G-Frequenzen bei 26 GHz

Dazu die BNetzA-Webseite, Abruf Juni 2019: „Für lokale Zuteilungen sollen im Bereich bei 26 GHz Frequenzen, insbesondere für 5G-Anwendungen, bereitgestellt werden. Hierzu hat die Bundesnetzagentur erste Erwägungen entwickelt, die als Grundlage für die Erarbeitung von Zuteilungsregelungen dienen sollen“. Die Eigenschaften laut Bitkom sind:

Zellgröße: 10 bis 300 Meter bei direkter Sicht

Download: 2.000 bis 10.000 MBit/s

Upload: 1.000 bis 2.000 MBit/s

Fazit zum 5G-Spektrumsbedarf

5G verspricht hohe Geschwindigkeit und große Bandbreite, braucht dazu aber ein sehr umfangreiches Frequenzspektrum. Bildlich gesprochen: viele Straßen und viele Autobahnen. Über die kommenden Jahre wird 5G wohl alle Frequenzen bekommen, die es benötigt, von unter 700 MHz für die Flächendeckung, bis über 80 GHz für enorme Geschwindigkeitsspitzen.

Mini-Antennen in Klebebändern

Abbildung 3: Dr. Christoph Bach, CTO bei Ericsson, zeigte die Antennenstreifen auf dem 5G-Connect-Kongress in Dresden im Mai 2019
Abbildung 3: Dr. Christoph Bach, CTO bei Ericsson, zeigte die Antennenstreifen auf dem 5G-Connect-Kongress in Dresden im Mai 2019.

Je höher die Frequenzen, desto kleiner in der Regel die 5G-Antennen, desto kleiner auch die Funk-Radien und die Zellgrößen.

Aber wo soll man diese vielen Antennen denn alle aufstellen? Vermutlich werden die winzigen Antennen künftig auch in kostengünstigen Antenna-Stripes versteckt: Das ist eine Art Klebestreifen mit integrierten 5G-Antennen samt aufgedruckten Ethernet-Käbelchen und einem Ethernet-Stecker am Ende. Man kann diese Antennenbänder zum Beispiel an Wände und Decken kleben, unter den Teppich oder auf eine Vorhangleiste.

Abbildung 4: Am Ende des 5G-Antennenstreifens sitzt ein ganz normaler Ethernet-Stecker
Abbildung 4: Am Ende des 5G-Antennenstreifens sitzt ein ganz normaler Ethernet-Stecker.

Was leisten die vielen Frequenzen?

Frequenzen sind natürlich nur der Träger für die Anwendungen. Ein Grundgedanke von 5G ist es, auf einer gemeinsamen Kommunikations-Infrastruktur möglichst viele verschiedene Anwendungsfälle zu realisieren. Die drei wichtigsten 5G-Netz-Eigenschaften sind:

  1. eMBB: Extreme Mobile Broadband, Enhanced Mobile Broadband, Glasfaser in der Luft, für extrem datenintensive Anwendungen mit hohem Bandbreitenbedarf. Das sind beispielsweise Video-Streaming und Video-Conferencing in 4K-Auflösung. Das geht am besten mit den höheren Frequenzen. eMBB-Flächendeckung wäre zu teuer, man fokussiert auf Bereiche mit hoher Teilnehmerdichte, etwa Bahnhöfe, Flughäfen, Stadien, Kongresshallen, Einkaufszentren, Stadtkerne, dicht bebaute Siedlungen.
  2. mMTC: Massive Machine Type Communication, Massive IoT für Geräte mit niedrigen Herstellungskosten und langer Batterielaufzeit, etwa Smart Meter in Smart Cities. Die Anforderungen an Geschwindigkeit und Latenzzeiten sind gering. Erwünscht ist aber eine hohe Flächenverfügbarkeit. Das ist ein Fall für niedrige Frequenzen und sehr kleine Bandbreiten.
  3. uRLLC: Ultra Reliable Low Latency Communication, Critical Machine Communication, Mission-Critical Control für Dienste und Geräte, die eine extrem hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit bei sehr geringen Reaktionszeiten (Latenzen) erfordern. Das braucht man bei sehr sicherheitskritischen Anwendungen wie dem hochautomatisierten Fahren oder der Steuerung von Drohnen, Flugtaxen und Industrierobotern.

Die 5G-Technik namens Network Slicing macht derart unterschiedliche Netzeigenschaften möglich. Im Prinzip ist es ein auf den Mobilfunk angepasstes SD-WAN-Verfahren. Network Slicing funktioniert aber auch schon in 4G-LTE-Netzen, wovon der Autor sich bei einer 5G-Testfahrt in einem ICE-Labor-Zug im Februar 2019 live überzeugen konnte.

Abbildung 5: Das Dreieck mit den wichtigsten 5G-Eigenschaften wurde von Claudia Nemat vom Vorstand der Deutschen Telekom beim 5G-Start-Event am 3. Juli 2019 in Berlin gezeigt
Abbildung 5: Das Dreieck mit den wichtigsten 5G-Eigenschaften wurde von Claudia Nemat vom Vorstand der Deutschen Telekom beim 5G-Start-Event am 3. Juli 2019 in Berlin gezeigt.

5G-Technikanbieter

Die wichtigsten 5G-Funk-Infrastruktur-Hersteller heißen Ericsson, Huawei, Nokia, Samsung und ZTE. 5G-Smartphones wurden ebenfalls schon gesichtet, etwa von Huawei, Samsung und ZTE. Erste Notebooks und Modems für 5G sind angekündigt.

Abbildung 6: Die ersten 5G-Endgeräte kamen im ersten Halbjahr 2019 auf den Markt. Die Frequenzen der Geräte müssen zu den Frequenzen in den Netzen passen
Abbildung 6: Die ersten 5G-Endgeräte kamen im ersten Halbjahr 2019 auf den Markt. Die Frequenzen der Geräte müssen zu den Frequenzen in den Netzen passen.

5G-Netz-Betreiber

Als bundesweite 5G-Netzbetreiber bringen sich in Deutschland gerade 1&1 Drillisch, Deutsche Telekom, Telefonica und Vodafone in Position. Doch erst nach Abschluss diverser Amtsformalien dürfen sie die 5G-Sender auf den ersteigerten 5G-Frequenzen dann auch tatsächlich voll aufdrehen.

Lokale 5G-Netzbetreiber sind frühestens nach der Vergabe der lokalen 5G-Frequenzen im zweiten Halbjahr 2019 zu erwarten. In Frage kommen private Firmen, Fabriken, Gemeinden sowie regionale Glasfaseranbieter, die etwas ganz Wichtiges haben: sehr schnelle Glasfaseranbindungen für sehr schnelle 5G-Basis-Stationen.

5G kann vorerst keine Telefonie

5G ist erst einmal ein reines Datennetz, mit hoher Relevanz für Firmen und Fabriken. Demonstrative 5G-Test-Calls mit 5G-Smartphones am Ohr lassen völlig falsche Schlüsse aufkommen. Denn 5G kann zwar vieles, aber definitiv noch keine Sprachtelefonie. Zum Telefonieren müssen die 5G-Handys vorerst noch auf 4G zurückschalten.

Nächste Schritte

5G und Wi-Fi 6 werden mehr kooperieren als konkurrieren

Für wen sind private 5G-Netze sinnvoll?

5G liefert die Bandbreite für Industrie 4.0

Erfahren Sie mehr über Mobile Geräte

- GOOGLE-ANZEIGEN

ComputerWeekly.de

Close