Veröffentlicht: 20. Februar 2024
Mitwirkende: Mesh Flinders, Ian Smalley
5G – oder mobile Technologie der fünften Generation – ist der neue Standard für Telekommunikationsnetzwerke, der 2019 von Mobilfunkanbietern eingeführt wurden.
5G-Netze laufen auf den gleichen Funkfrequenzen wie ihre Vorgänger, die 3G-, 4G- und 4G LTE-Netze, auf denen bisher die meisten Mobiltelefone weltweit gelaufen sind. Verbesserungen bei Geschwindigkeit, Latenz und Bandbreite führen jedoch zu kürzeren Download- und Upload-Zeiten, besserer Konnektivität und höherer Zuverlässigkeit, was sie zum naheliegenden Nachfolger der 4G-Technologie macht.
Wie künstliche Intelligenz (KI), das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) und Maschinelles Lernen (ML) ist 5G eine bahnbrechende Technologie, die die Art und Weise, wie Menschen mit dem Internet, sozialen Medien und Informationen im Allgemeinen interagieren, transformieren kann. 5G hat insbesondere große Auswirkungen auf die Technologie, die selbstfahrende Autos, Gaming-Systeme und Videostreaming über eine Hochgeschwindigkeits-Netzwerkverbindung ermöglicht.
Wir helfen Ihnen, den Wert Ihrer Daten mit einer intelligenten Strategie freizusetzen, die darauf ausgelegt ist, die Hybrid Cloud zu optimieren und die digitale Transformation voranzutreiben. Abonnieren Sie unseren Newsletter, um über die neuesten Nachrichten, Tools und Entwicklungen auf dem Laufenden zu bleiben.
IBM Newsletter abonnieren
Mit der weltweit steigenden Nachfrage nach Internetzugang und dem Aufkommen neuer Technologien nimmt die Menge der erzeugten Daten exponentiell zu. Man geht davon aus, dass die täglich weltweit erzeugte Datenmenge in den kommenden zehn Jahren um mehrere hundert Zettabytes ansteigen wird. Die Netzwerkinfrastruktur, auf die 4G-, 4G LTE- und 3G-Mobilfunknetze angewiesen sind, wird nicht in der Lage sein, diese Menge zu bewältigen. 5G ist mit seinen blitzschnellen Geschwindigkeiten, niedrigen Latenzzeiten und erweiterten Datenkapazitäten dafür gerüstet, die Anforderungen neuer Technologien wie Smartphones der nächsten Generation zu erfüllen, die eine 5G-Abdeckung benötigen.
Obwohl 5G die gleichen Funkfrequenzen wie 4G- und 3G-Netze nutzt, gibt es einige wichtige Unterschiede, die diese Technologie vor allem für Unternehmen interessant machen, die sie im Rahmen eines digitalen Transformationsprojekts nutzen möchten.
Geschwindigkeit und Latenz
Die Geschwindigkeiten von 5G sind 10-mal schneller als die von 4G- und 3G-Netzwerken. Das heißt, Aktivitäten wie das Herunterladen einer großen Datei oder das Sichern von Daten in der Cloud dauern weniger als eine Sekunde anstatt Minuten oder sogar Stunden. Die Datenübertragungsraten von 5G erreichen 20 Gigabit pro Sekunde (GBit/s) und weisen eine durchschnittliche Download-Geschwindigkeit von 432 Megabyte pro Sekunde (MB/s) auf. Die Datenraten von 5G, die sich auf alles von mobilem Gaming bis hin zur Fernchirurgie auswirken, sind einer der Hauptgründe, warum 5G so transformativ sein wird.
Die 5G-Technologie kann deshalb so hohe Geschwindigkeiten erreichen, weil sie eine viel geringere Latenz hat als frühere Netzwerke. Dabei handelt es sich um die Zeit, die Daten brauchen, um von einem Punkt zum anderen zu gelangen. Während 4G-Netze eine Latenz von ca. 200 Millisekunden haben, können 5G-Netze routinemäßig eine Latenz von nur einer Millisekunde erreichen.
Physischer Platzbedarf
Ein weiteres wichtiges Unterscheidungsmerkmal von 5G besteht darin, dass dabei kleinere Sender als bei früheren Netzen verwendet werden, sodass diese unauffällig auf Gebäuden, in Bäumen und in anderen gängigen Objekten platziert werden können. Zellen (oder „kleine Zellen“) in 5G-Netzen sind im Wesentlichen Basisstationen, die eine zentrale Rolle bei der Verbindung des gesamten Netzes spielen. In der 4G-Technologie war das Äquivalent einer kleinen Zelle, die als Makrozelle bezeichnet wird, größer und benötigte mehr Energie.
Fehlerrate
Das adaptive „Modulation and Coding Scheme“ (MCS) von 5G, ein Schema, das zum Senden von Daten von WLAN-Geräten verwendet wird, ist eine Verbesserung gegenüber dem MCS, das in 4G- und 3G-Netzen verwendet wird, und sorgt für eine extrem niedrige Blockfehlerrate (Block Error Rate, BER). Wenn bei der 5G-Technologie eine Fehlerrate ein bestimmtes Niveau erreicht, senkt der Sender automatisch die Geschwindigkeit so lange, bis die Fehlerrate sinkt. Diese Technik opfert Geschwindigkeit für Genauigkeit in Echtzeit und trägt dazu bei, dass in 5G-Netzen eine Fehlerrate von nahezu Null erreicht wird.
Bandbreite
5G-Netze arbeiten mit einem breiteren Bandbreitenspektrum als 4G- und 3G-Netze, einschließlich Low-Band-, Mid-Band- und High-Band-Netzen. Dies wird erreicht, indem die Funkfrequenzressourcen von der Sub-3-GHz-Spezifikation, die in früheren Netzen verwendet wurde, auf 100 GHz und mehr erweitert werden. Dank dieser Optimierung funktioniert 5G über einen größeren Bereich von Bandbreiten, was die Kapazität und den Durchsatz erhöht. Diese technologischen Fortschritte ermöglichen es im Wesentlichen, mehr Geräte gleichzeitig in einem einzigen Netz oder einer einzigen Zelle zu verbinden. Und die Geräte können so gleichzeitig Daten senden und empfangen.
Wie die 3G- und 4G-Technologie basiert auch 5G auf einer Mobilfunktechnologie, die ein Abdeckungsgebiet in kleinere, geografische Abschnitte, die so genannten Zellen, unterteilt. Alle drahtlosen 5G-Geräte innerhalb der Grenzen einer Zelle verbinden sich über Funkwellen, eine Basisstation und Antennen mit dem Internet und dem Telefonnetz. Neuere Netzwerke sind schneller und erreichen Download-Geschwindigkeiten von 10 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s), wenn sich nur ein Benutzer im Netzwerk befindet.
5G kann aufgrund seiner größeren Bandbreite nicht nur mehr Geräte in einem Netzwerk verbinden, sondern auch höhere Geschwindigkeiten bereitstellen, die die Qualität von Internetanwendungen verbessern, wenn sich viele Benutzer im selben Netzwerk – sogar in derselben Zelle – befinden, wie z. B. in einer dicht besiedelten städtischen Umgebung. Angesichts des Ausbaus der 5G-Technologie und der steigenden Anzahl von Anwendungen, die für ihre Nutzung entwickelt wurden, wird allgemein erwartet, dass immer mehr beliebte Internetdienstanbieter (Internet Service Providers, ISPs), wie Verizon, Google und AT&T, 5G-Internet für zu Hause einführen werden, was die Anwendungsfälle exponentiell erhöht. Hier sind einige Merkmale, durch die die 5G-Technologie einzigartig und gut positioniert ist, um die Mobilfunktechnologie in Zukunft zu revolutionieren:
Netzwerk-Slicing, d. h. die Fähigkeit von Netzbetreibern, die 5G-Technologie zu nutzen, um zahlreiche unabhängige virtuelle Netzwerke auf derselben Infrastruktur einzurichten, hat viele potenzielle Geschäftsanwendungen. Mit Netzwerk-Slicing können Unternehmen mehrere 5G-Netzfunktionen bündeln und sie nach Anwendungsfall oder Geschäftsmodell gruppieren. Diese Fähigkeit bietet Nutzern ein zuverlässigeres drahtloses Erlebnis auf dem Gerät ihrer Wahl.
5G-Netze verfügen über eine einzigartige Luftschnittstelle, die speziell für die neue Technologie entwickelt wurde und als 5G NR (New Radio) bezeichnet wird. Dies bezieht sich auf eine neue Funkzugangstechnologie (Radio Access Technology, RAT), die vom 3rd Generation Partnership Project (3GPP) speziell für den Einsatz in 5G-Mobilfunknetzen entwickelt wurde. 5G NR wurde als neuer globaler Standard für Mobilfunknetze entwickelt und Ende 2018 erstmals kommerziell eingeführt. Heute stellen viele Mobilfunknetzbetreiber 5G NR-Netze bereit und viele Technologiehersteller entwickeln ihre Mobilgeräte so, dass sie mit 5G NR kompatibel sind. Laut einem aktuellen Bericht von Ericsson (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) waren Ende 2023 weltweit 45 % der Netze 5G-kompatibel. Diese Zahl wird bis zum Ende des Jahrzehnts voraussichtlich auf 85 % ansteigen.
Private 5G-Netze ähneln öffentlichen Netzen, bieten ihren Besitzern jedoch erweiterte Personalisierungsmöglichkeiten, wie die Option, den Zugang zu beschränken und ein lizenziertes oder nicht lizenziertes drahtloses 5G-Spektrum zu nutzen. Privates 5G erfreut sich bei Unternehmen auf der ganzen Welt zunehmender Beliebtheit, denn damit können sie alle Vorteile der 5G-Technologie in einem geschlossenen, begrenzten Umfeld nutzen, beispielsweise in einer Industrieanlage, in einem Bürogebäude, auf einem Universitätscampus, auf einem Flughafen und mehr. Private 5G-Netze bieten Unternehmen die Möglichkeit, alle ihre Geräte, Services und Anwendungen auf hochgradig private, sichere und effiziente Weise zu verwalten – mehr als bei der Nutzung eines öffentlichen Netzwerks.
5G-Services bieten viele Verbesserungen in der drahtlosen Technologie im Vergleich zu früheren Generationen von Netzwerken. Hier sind einige der geschäftlichen Vorteile, die dadurch möglich werden:
In 4G-, 4G LTE- und 3G-Netzen können vollautonome Fahrzeuge oder selbstfahrende Autos nicht funktionieren, da das Senden und Empfangen von Informationen viel Zeit in Anspruch nimmt. Dank der geringeren Latenzzeit der 5G-Netze können vollständig selbstfahrende und selbststeuernde Fahrzeuge Informationen in nur 1/1.000stel Sekunde senden und empfangen.
Fabriken werden dank des Einsatzes von KI und maschinellem Lernen bereits intelligenter, aber die Einführung der 5G-Infrastruktur wird diesen Trend noch verstärken. Mit der Einführung von 5G können Fabriken mehr Funktionen automatisieren, Tausende von intelligenten Geräten drahtlos miteinander verbinden und eine wahre Flut von Kameras, Drohnen, 5G-Telefonen und Sensoren einsetzen, die in der Lage sein werden, Daten nahezu in Echtzeit zu verarbeiten. Die Anwendungsmöglichkeiten dieser Funktionen auf praktischer Ebene sind gigantisch. Sie haben Auswirkungen auf alle Bereiche, von der Kraftstoffeinsparung und dem Gebäudedesign über die Interaktion mit Kunden bis hin zum Lebenszyklus und der Reparatur von Geräten.
Virtual Reality (digitale Umgebungen, die die reale Welt ausschließen) und Augmented Reality (digitale Inhalte, die die reale Welt erweitern) basieren auf 5G-Technologien und haben viele Geschäftsanwendungen. In den letzten zehn Jahren haben Mobiltelefone und Smart-Brillen, die Virtual- und Augmented-Reality-Technologie nutzen, digitale Overlays, Live-Ansichten und andere Funktionen zu einer Vielzahl von Geschäftsszenarien hinzugefügt, darunter Lagerhaltung und Warentransport, industrielle Wartung, Gerätereparatur und mehr.
Edge Computing, ein verteiltes Computing-Framework, das Unternehmensanwendungen näher an die Datenquellen bringt, wird durch die hohen Geschwindigkeiten und die geringe Latenz der 5G-Technologie ebenfalls erheblich verbessert. Beim Edge Computing bringt 5G Berechnungen und Datenspeicherung näher an den Ort, an dem die Daten erzeugt werden, und ermöglicht so eine bessere Kontrolle, niedrigere Kosten und eine schnellere Bereitstellung von Erkenntnissen. Laut einem aktuellen Whitepaper von Gartner (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) werden bis 2025 75 % der Unternehmensdaten über Edge Computing verarbeitet werden, während es heute nur 10 % sind.
Mit der Verbreitung der 5G-Technologie ist das Potenzial zur Ankurbelung des Wirtschaftswachstums und zur Verbesserung der Konnektivität grenzenlos. Hier sind einige der ambitioniertesten Möglichkeiten, wie die 5G-Technologie unsere Welt verändern könnte:
Unabhängig davon, ob Sie in einer dicht besiedelten städtischen Umgebung oder in einem abgelegenen ländlichen Gebiet leben, wird die Fähigkeit von 5G, Informationen von IoT-Geräten zu sammeln, die mit dem Internet verbunden sind, wahrscheinlich Ihren Alltag verbessern. Stadtplaner, Rettungskräfte und viele andere erhoffen sich von der 5G-Konnektivität in den kommenden Jahren, den Verkehr einzudämmen, besser zu planen, die Luftverschmutzung zu reduzieren und generell das Leben der Menschen zu verbessern, für die sie zuständig sind.
Wenn es um Gesundheitstechnologie geht, ermöglichen 5G-Netze Fortschritte im Bereich der Fernchirurgie, der datenbezogenen Erkenntnisse und der Patientenversorgung. Die geringe Latenz von 5G ermöglicht beispielsweise den Austausch von Echtzeitinformationen über HD-Videos. Das kann zur Folge haben, dass Operationen immer häufiger aus der Ferne durchgeführt werden. Darüber hinaus wird die Echtzeitüberwachung von Patienten durch IoT-verbundene Geräte unter Verwendung von 5G-Netzen Ärzten helfen, Patienten, die nicht unter ihrer direkten Aufsicht stehen, besser zu versorgen.
5G wird die Möglichkeiten von Unternehmen zur Überwachung ihrer Ziele in den Bereichen Umwelt, Soziales und Governance (Environment, Social and Governance, ESG), wie z. B. Kohlenstoffemissionen, Arbeitssicherheit, Lieferketten und vieles mehr, erheblich verbessern. Einer der vielen Vorteile von 5G ist die Fähigkeit, Informationen mit relativ geringem Energieaufwand im Vergleich zu seinen Vorgängern zu übertragen. Die 5G-Technologie wird auch die Entwicklung von Elektrofahrzeugen, intelligenten Gebäuden und Fernarbeit fördern, die alle nachweislich die Kohlenstoffemissionen reduzieren.
Apps lassen sich konsistent in lokalen, Edge-Computing- und Public-Cloud-Umgebungen bereitstellen und ausführen. Dies wird durch eine sichere und überprüfbare Kommunikation mit der IBM Cloud ermöglicht.
Edge Computing mit 5G schafft enorme Chancen in jeder Branche. Es bringt Berechnungen und Datenspeicherung näher an den Ort, an dem Daten generiert werden, und ermöglicht so eine bessere Datenkontrolle, geringere Kosten, schnellere Erkenntnisse und Maßnahmen sowie einen kontinuierlichen Betrieb.
Skalieren und betreiben Sie Ihre Edge-Lösungen überall mit autonomer Verwaltung. IBM kündigt neue Edge-Partner, -Technologien und -Lösungen für die digitale Transformation an.
Erfahren Sie mehr über Latenz, ein Maß für die Verzögerung in einem System, und darüber, wie Netzwerke mit hohen Latenzen langsamere Reaktionszeiten haben, während Netzwerke mit niedrigeren Latenzen schnellere Reaktionszeiten vorweisen können.
Informieren Sie sich über die zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten von Extended Reality (XR) und erfahren Sie, wie diese Technologie die Effizienz und Widerstandsfähigkeit der Mitarbeiter steigern kann, indem sie die Art und Weise, wie Arbeit erledigt wird, neu definiert.
Entdecken Sie Edge Computing, ein verteiltes Computing-Framework, das Unternehmensanwendungen näher an Datenquellen wie IoT-Geräte oder lokale Edge-Server heranbringt, und das gesamte damit verbundene Potenzial für Ihr Unternehmen.
Erfahren Sie, warum das immer weiter verbreitete Netzwerk-Slicing, das cloudbasierte Netzwerke bieten, Telekommunikationsanbieter glauben lässt, sie hätten endlich ihr Schweizer Taschenmesser gefunden, mit dem sie alles überall machen können.
Erfahren Sie, was hinter ESG (Umwelt, Soziales und Governance) steckt, einer Reihe von Standards zur Messung der ökologischen und sozialen Auswirkungen eines Unternehmens.
Erfahren Sie, warum 5G erfordert, dass Netzwerkfunktionen von einer monolithischen Architektur auf modularisierte und containerisierte Muster verlagert werden, und was das für DevOps-basierte Bereitstellungsprinzipien im Netzwerkbereich bedeutet.