5G: Welche Option ist für Ihr Unternehmen die richtige?

5G-Technologie ist keine Einheitslösung, die digitale Transformation auf Knopfdruck ermöglicht. Es gibt drei Arten von 5G, jede mit ihren eigenen spezifischen Anwendungsfällen und Fähigkeiten, die Unternehmensleiter verstehen müssen.

5G-Wireless wird in drei Typen unterteilt – Low-, Mid- und High-Band – benannt nach dem Spektrum der von ihnen unterstützten Funkfrequenzen.

• Low-Band-5G überträgt Daten auf Frequenzen zwischen 600 und 900 MHz
• Mid-Band-5G funkt zwischen 1 und 6 GHz
• High-Band 5G überträgt von 24 bis 47 GHz.

Alle großen nordamerikanischen Anbieter, auch AT&T, Verizon und Google (und die meisten Anbieter weltweit), bieten alle drei Bänder an. Bevor wir uns mit den Möglichkeiten befassen, die die einzelnen Bänder bieten, sollten wir einen genaueren Blick auf die 5G-Technologie selbst werfen, wie sie funktioniert und warum Unternehmen in aller Welt an ihrem Potenzial interessiert sind.

5G, oder Mobiltechnologie der fünften Generation, ist eine neue Spezifikation für drahtlose Netzwerke, die 2018 vom 3rd Generation Partnership Project (3DPP) entwickelt wurde, um die Entwicklung von für den Betrieb in 5G-Netzwerken konzipierten Geräten, einschließlich Smartphones, PCs, Tablets und anderen, zu steuern.

Wie frühere Standards für drahtlose Technologien, wie 3G, 4G und 4G LTE, sendet und empfängt 5G Daten über Funkwellen. Aufgrund von Verbesserungen bei Latenz und Bandbreite sind 5G-Netze jedoch in der Lage, viel schnellere Upload- und Download-Geschwindigkeiten zu erreichen. Die Download-Geschwindigkeiten einiger 5G-Netze können bis zu 10 Gigabit pro Sekunde (Gbps) erreichen, was sie ideal für neue Technologien wie künstliche Intelligenz (KI), maschinelles Lernen (ML) und das Internet der Dinge (IoT) macht.

Mit der Zunahme der Anwendungsfälle für 5G steigt auch die Nachfrage nach Netzwerken, die die darauf laufenden Geräte unterstützen können. Allein in Nordamerika haben derzeit mehr als 200 Millionen Haushalte Zugang zu 5G-Verbindungsgeschwindigkeiten (Link befindet sich außerhalb von ibm.com), wobei sich diese Zahl innerhalb der nächsten vier Jahre voraussichtlich verdoppeln wird.

Wie andere Arten von drahtlosen Netzwerken arbeitet die 5G-Technologie in einem geografischen Abdeckungsbereich, der in „Zellen“ unterteilt ist. Innerhalb jeder Zelle kann ein Gerät wie ein 5G-Telefon, ein PC oder ein IoT-Sensor über Funkwellen eine Verbindung zum Internet herstellen. Diese Methode der Verbindungsherstellung wurde bereits in früheren Generationen von drahtlosen Netzwerken verwendet, aber mit 5G haben technologische Verbesserungen viel schnellere Geschwindigkeiten ermöglicht.

Neuer RAT-Standard

Der von 3DPP im Jahr 2018 eingeführte 5G NR (New Radio)-Standard für Mobilfunknetze definiert die nächste Generation der RAT-Spezifikationen (Radio Access Technology) für alle 5G-Mobilfunknetze. Entscheidend ist, dass die neue RAT, die 2018 veröffentlicht wurde, das 5G-Spektrum oberhalb von 6 GHz öffnet – Frequenzbänder, die bisher von Mobilfunkgeräten nicht genutzt wurden.

Netzwerk-Slicing

Eine weitere wichtige Entwicklung des 5G-Rollouts im Jahr 2018 war die Einführung von Network Slicing. 5G bietet Telekommunikationsanbietern die Möglichkeit, in derselben 5G-Infrastruktur neben öffentlichen Netzwerken auch unabhängige virtuelle Netzwerke bereitzustellen. Diese Funktion, die es nur bei 5G gibt, bietet Nutzern mehr Funktionalität bei der Arbeit aus der Ferne und ermöglicht gleichzeitig ein hohes Maß an Sicherheit.

Private Netzwerke

5G-fähige Unternehmen können vollständig private Netzwerke mit Personalisierungs- und Sicherheitsfunktionen erstellen, die ihren Mitarbeitern mehr Kontrolle und Mobilität in einer Vielzahl von Anwendungsfällen ermöglichen.

5G wird in einer Reihe von Branchen für sein transformatives Potenzial gelobt, vor allem aufgrund der höheren Frequenzen, die es nutzt, und seinen neuen Möglichkeiten rund um die schnelle und sichere Übertragung großer Datenmengen. Seit der Einführung der Breitbandtechnologie in den frühen 2000er Jahren hat die von drahtlosen Geräten generierte Datenmenge exponentiell zugenommen. Modernste Technologien wie KI und ML benötigen heute zu viele Daten, um in älteren Netzwerken ausgeführt zu werden. 5G-Geräte hingegen eignen sich perfekt für Anwendungen mit großen Datenanforderungen. Hier finden Sie einige wichtige Unterschiede zwischen 5G und seinen Vorgängern.

• Geringerer physischer Platzbedarf: 5G-Sender sind kleiner als die, die in 3G-, 4G- und 4G-LTE-Netzen verwendet werden, und die kleinen Zellen, in die die Versorgungsbereiche aufgeteilt sind, benötigen weniger Strom.
• Geringere Fehlerquoten: Die 5G-Bereitstellung basiert auf einem adaptiven Modulations- und Codierungsschema (MCS), einem Schema zur Datenübertragung, das weitaus leistungsfähiger ist als die in 3G- und 4G-Netzen verwendeten Schemata. Infolgedessen sind die Block Error Rates (BER) von 5G – die Häufigkeit von Fehlern in seinen Netzwerken – viel niedriger.
• Bessere Bandbreite: Durch die Verwendung eines breiteren Spektrums an Funkfrequenzen als bei früheren Netzgenerationen kann 5G mehr Geräte gleichzeitig in seinen Netzen unterstützen.
• Niedrige Latenzen: Die geringere Latenz von 5G – ein Maß für die Zeit, die Daten benötigen, um zwischen Geräten im Netzwerk übertragen zu werden – macht Aktivitäten wie das Spielen von Videospielen, das Herunterladen einer Datei oder das Arbeiten in der Cloud viel schneller als in anderen Arten von drahtlosen Netzwerken.

Werfen wir einen genaueren Blick auf die drei Arten von 5G-Netzen und warum Unternehmen sie in Betracht ziehen sollten.

5G im Low-Band-Bereich

Low-Band-5G arbeitet auf Frequenzen zwischen 600 und 900 MHz und damit sehr nahe an den Frequenzen von Fernseh- und Radiosendern. Diese Frequenzen sind zwar keineswegs „blitzschnell“, aber immer noch erheblich schneller als 4G-Geschwindigkeiten – in manchen Fällen bis zu zehnmal schneller – und können große Entfernungen zurücklegen und große Gebiete abdecken. Für Benutzer, die bereit sind, Geschwindigkeit für Reichweite zu opfern, ist 5G im niedrigen Band eine großartige Option.

Mid-Band 5G

Obwohl es schneller als Low-Band ist, erreicht Mid-Band 5G nicht die Geschwindigkeiten, die für modernste Anwendungen wie KI, ML und IoT erforderlich sind. Mid-Band 5G arbeitet auf Frequenzen zwischen 1 und 6 GHz, was ihm mehr Kapazität zur Übertragung größerer Datenmengen bietet, jedoch nicht über eine große Fläche. Ein wichtiger Aspekt für Unternehmen, die 5G-Mid-Band-Netze nutzen möchten, ist die Tatsache, dass Gebäude und andere solide Strukturen die Konnektivität stören können, insbesondere am höheren Ende der Bandbreite.

High-Band 5G

High-Band-5G kann nicht sehr weit übertragen werden, ist aber in der Lage, die blitzschnellen Geschwindigkeiten zu liefern, die die spannendsten 5G-Anwendungen erfordern. High-Band-5G setzt den Goldstandard für viele transformative Technologien, wie autonome Fahrzeuge, Robotik und intelligentere Städte. Ein Großteil dieser gepriesenen Geschwindigkeit und Leistung ist auf die 5G-Millimeterwellen-Technologie (mmWave) zurückzuführen, ein bestimmtes Spektrum zwischen 30 und 300 GHz.

• Millimeterwellen (wwWave): Die Anwendungsfälle von mmWaves unterscheiden sich leicht von denen anderer Arten von 5G-Netzen und umfassen Rechenzentren, Streaming-Video und Augmented/Virtual Reality (AR/VR). Sie erfordern höhere Geschwindigkeiten und Leistung als das Low-Band-Spektrum und die Mid-Band-Netze bieten können. Während mmWave 5G anderen 5G-Typen in Bezug auf Geschwindigkeit und Leistung überlegen ist, unterliegt es im Hinblick auf Sichtlinienunterbrechungen den gleichen Einschränkungen. Beispielsweise können Gebäude, dichtes Laub und sogar starker Regen 5G mmWave-Verbindungen behindern.
• Dynamic Spectrum Sharing (DSS): Um einige der Sichtprobleme zu bewältigen, die bei höheren 5G-Bandfrequenzen auftreten, setzen einige Netzbetreiber 5G auf denselben Frequenzen ein, die normalerweise für 4G-Mobiltelefone und -Geräte verwendet werden. Mit der Dynamic Spectrum Sharing- oder DSS-Technologie können Unternehmen 5G-Geschwindigkeiten erreichen, ohne ihre bestehende Infrastruktur ersetzen zu müssen.

Neben ihrer Geschwindigkeit ist die 5G-Technologie sicherer und zuverlässiger als frühere Generationen von drahtlosen Netzwerken und ermöglicht neue Funktionen und Vorteile, die Unternehmen aller Art in Betracht ziehen sollten.

• Ultra-zuverlässige Kommunikation mit geringer Latenz: Ultra-zuverlässige Kommunikation mit geringer Latenz (URLLC) ist eine neue Kommunikationsfunktion, die speziell entwickelt wurde, um die Latenz- und Zuverlässigkeitsanforderungen von IoT und anderen anspruchsvollen Anwendungen zu unterstützen, die in 5G-Netzen ausgeführt werden. Mit URLLC findet eine unmittelbare Kommunikation statt, unabhängig davon, wo sich zwei Parteien physisch befinden. URLLC ermöglicht so vielfältige Aufgaben wie die Automatisierung und den Fahrzeugfernbetrieb bis hin zum Gaming mit AR/VR-Headsets.
• Erweitertes mobiles Breitband: Die eMBB-Technologie (Enhanced Mobile Broadband) ist ein neuer Standard für 5G-Dienste, der im Vergleich zu 4G die Bandbreite erhöht und die Latenz verringert. Die eMBB-Richtlinien wurden von 3GPP als Teil des 5G-NR-Standards entwickelt und dienen dazu, die Datenraten, die Bandbreite und den Durchsatz in 5G-Netzen zu erhöhen und so eine breite Palette von Mediendiensten zu verbessern. Zu den Anwendungen, die unter den eMBB-Standard fallen, gehören Videostreaming, Gaming und AR/VR-Operationen.
• Massive Machine Type Communications: Massive Machine Type Communications, oder mMTC, ist ein weiterer Standard, den 3GPP als Teil seiner 5G-NR-Richtlinien eingeführt hat, um sich speziell mit Diensten und Anwendungen zu befassen, die die IoT-Technologie nutzen. mMTC deckt in der Regel eine Netzarchitektur ab, die für die Kommunikation mit hoher Geschwindigkeit und geringer Latenz zwischen einer großen Anzahl von IoT-Geräten und/oder Maschinen in einem einzigen Netzwerk ausgelegt ist. Beispiele für mMTC sind intelligente Verkehrsnetze, intelligente Fabriken und intelligente Energienetze.

Aufgrund seiner Geschwindigkeit, Latenzanforderungen und Zuverlässigkeit entwickelt sich 5G schnell zu einer der meistdiskutierten Enabler-Technologien , die heute verfügbar sind. Von fahrerlosen Autos über intelligente Energienetze bis hin zur Fernsteuerung in Operationsräumen – hier sind einige der aufregendsten Entwicklungen, die 5G ermöglicht:

• Autonome Fahrzeuge: Von Taxis und Drohnen bis hin zu unbemannten Flugzeugen – 5G steckt hinter einigen der fortschrittlichsten Designs für autonome Fahrzeuge. Bis 5G waren fahrerlose Autos aufgrund der Datenanforderungen, die frühere Standards für drahtlose Netze nicht erfüllen konnten, ein Wunschtraum. Die Verbindungsgeschwindigkeiten von 5G ermöglichen heute Durchbrüche bei ferngesteuerten oder selbstfahrenden Autos, Zügen, Flugzeugen und mehr.
• Intelligente Fabriken: 5G macht zusammen mit KI, ML und IoT-Technologie Fabriken sicherer, intelligenter und effizienter dank Durchbrüchen in allen Bereichen, vom Kraftstoffverbrauch und der Reparatur von Geräten bis hin zu ferngesteuerten Kameras, die Diebstähle verhindern und die Arbeitsplätze sicherer machen. In einem stark genutzten Lagerhaus können beispielsweise Drohnen und Kameras, die über das IoT in einem 5G-Netz verbunden sind, dabei helfen, Waren schneller und effizienter als menschliche Mitarbeiter zu lokalisieren und zu transportieren – und das mit einer geringeren CO₂-Bilanz.
• Smart Cities: Hypervernetzte städtische Umgebungen verlassen sich zunehmend auf 5G-Netze, um Innovationen in Bereichen wie Strafverfolgung, Abfallentsorgung und Katastrophenschutz voranzutreiben. Einige Städte nutzen 5G-fähige Sensoren, um Verkehrsmuster in Echtzeit zu verfolgen und Signale anzupassen, um den Verkehrsfluss zu verändern, Staus zu minimieren und die Luftqualität zu verbessern. Darüber hinaus überwachen 5G-Stromnetze Angebot und Nachfrage in dicht besiedelten Gebieten und setzen KI- und ML-Anwendungen ein, um zu „lernen“, zu welchen Zeiten Energie stark oder weniger nachgefragt wird.
• Intelligentes Gesundheitswesen: Das Gesundheitswesen ist einer der größten und frühesten Nutznießer von 5G-Verbindungsgeschwindigkeiten. Ein Beispiel ist der Bereich der ferngesteuerten Chirurgie, bei dem Robotik und ein hochauflösender Live-Stream eingesetzt werden, der über ein 5G-Netz mit dem Internet verbunden ist. Ein anderes ist die mobile Gesundheit, wo 5G es medizinischem Personal vor Ort ermöglicht, schnell und sicher auf Patientenakten zuzugreifen, was schnellere, fundiertere Entscheidungen ermöglicht, die Leben retten können. Schließlich spielten während der Pandemie 5G-fähige Kontaktverfolgung und die Kartierung von Ausbrüchen eine große Rolle bei der Sicherheit der Menschen.
• Edge Computing: Edge Computing, ein Computing-Framework, das es ermöglicht, Berechnungen näher an den Datenquellen durchzuführen, entwickelt sich schnell zum Standard für Unternehmen, die Datenverarbeitung als eine ihrer Kernkompetenzen betrachten. Laut diesem Whitepaper von Gartner (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) werden bis 2025 75 % der Unternehmensdaten in Randgeräten (Edge) verarbeitet (im Vergleich zu nur 10 % heute). Dieser Wandel, der durch 5G-Konnektivität und -Geschwindigkeit unterstützt wird, spart Unternehmen Zeit und Geld und ermöglicht eine bessere Kontrolle über große Datenmengen.

Bevor Unternehmen 5G voll ausschöpfen können, benötigen sie eine Plattform, die dafür entwickelt wurde. IBM Cloud Satellite ermöglicht Unternehmen jeder Art, Apps konsistent in lokalen, Edge-Computing- und Public-Cloud-Umgebungen in einem 5G-Netz bereitzustellen und auszuführen. Das alles wird durch eine sichere und überprüfbare Kommunikation innerhalb der IBM Cloud ermöglicht.