Ja, das macht Spaß: Unterwegs zu sein und trotzdem auf dem Smartphone oder Tablet ruckelfrei mit 4G Filme im Internet gucken. 4G? Vielleicht wissen Sie, dass Sie dann die derzeit schnellste Mobilfunk-Datenübertragung nutzen. Doch was bedeutet das konkret? Wir erklären die unterschiedlichen Mobilfunkstandards und geben einen Ausblick auf die Zukunft.
- 1G: die analoge Sprachübertragung
- 2G: der digitale GSM-Standard
- 3G: UMTS für gleichzeitiges Senden und Empfangen
- 4G: der Datenturbo LTE
- Die Zukunft: was bringt 5G?
1G: Die analoge Sprachübertragung
Schon seit über 50 Jahren gibt es in Deutschland öffentlichen Mobilfunk, der mit dem Buchstaben “G” gekennzeichnet ist. Die davorstehende Ziffer kennzeichnet die jeweilige technische Generation. Insofern war 1G die erste Generation. Sie übertrug Sprache in analoger Form und wurde vornehmlich für Autotelefone genutzt. Die Entwicklung lief über drei Stufen:
Das hat es mit den LTE-Bändern auf sich
Wenn Sie ein LTE-fähiges Endgerät kaufen, finden Sie auf der Verpackung und bei den technischen Daten in der Bedienungsanleitung manchmal die Angabe “Unterstützt LTE Band” und danach mehrere Ziffern. Was bedeutet das? LTE ist kompatibel mit mehreren Frequenzen, weltweit werden dafür fast 40 Frequenzen genutzt. Das bedeutet beispielsweise: Ein in den USA gekauftes LTE-Smartphone ist möglicherweise nicht in Deutschland zu betreiben, weil die Länder unterschiedliche Frequenzen verwenden.
Die standardsetzende Organisation 3GPP hat deswegen eine Kategorisierung der MHz-Bereiche in verschiedene Bänder vorgenommen. In Deutschland und Europa werden beispielsweise die Frequenzbereiche 700, 800, 2.600 und 1.800 Megahertz benutzt. Das entspricht den Bändern 28, 20, 7 und 3. Stehen diese Ziffern bei Ihrem LTE-Gerät, können Sie es also in einem europäischen LTE-Netz benutzen. Wenn aber zum Beispiel die Bänder 8, 12, 13, 14 oder 17 aufgeführt sind, wäre das ungünstig: Mit so einem Gerät hätten Sie nur in Amerika eine Verbindung.
- A‑Netz (1958): Mit ca. 10.500 Teilnehmern und Geräten mit einem Gewicht bis zu 16 Kilogramm bei Stückkosten von bis 15.000 D‑Mark eine exklusive Technik. Die Verbindung musste manuell durch einen Vermittlungsdienst erfolgen.
- B‑Netz (1972) mit Selbstwahl der Teilnehmer
- C‑Netz (1986), das aktive Verbindungen von Funkzelle zu Funkzelle weiterleiten konnte. Mit dem C‑Netz begann der Übergang vom reinen Autotelefon zum tragbaren Mobiltelefon.
2G: Der digitale GSM-Standard
Ab 1992 hielt mit dem D‑Netz die digitale Sprachübertragung Einzug in Deutschland. Der Standard “GSM” (Global System for Mobile Communication) ist heute weltweit der am meisten verbreitete Mobilfunk-Standard und bietet eine leitungsvermittelte Übertragung. Dabei wird für die Nachrichtenvermittlung ein Übertragungskanal mit konstanter Datenübertragungsrate/Bandbreite (9,6 oder 14,4 Kilobit/Sekunde) exklusiv für diese Verbindung geschaltet. Mit der Zeit wurde GSM für eine Beschleunigung der Datenübertragung immer wieder erweitert.
GPRS (2.5G) oder EDGE (2.6G) sind bekannte Beispiele dafür. GPRS arbeitet bereits paketvermittelt. Hier werden die Nachrichten nicht mehr komplett über eine Leitung geschickt, sondern in Datenpakete zerlegt. Im Verbindungsnetz reisen sie dann als unabhängige und eigenständige Einheiten, die sich in den Verbindungsknoten zwischenspeichern lassen. Der Vorteil ist unter anderem eine bessere Netznutzung, weil keine Leitung mehr exklusiv belegt wird und daher mehrere Kommunikationen gleichzeitig möglich sind.
Das 2001 eingeführte GPRS erreicht so durch die Bündelung von GSM-Kanälen Bandbreiten bis 55 Kilobit/Sekunde, EDGE (seit 2006) sogar bis zu 150 Kilobit/Sekunde. Die GSM-Frequenznutzungsrechte für die Mobilfunkdienstleister laufen bis 2033.
3G: UMTS für gleichzeitiges Senden und Empfangen
3G oder UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) wurde 2004 als dritte Mobilfunkgeneration eingeführt. Dieser Standard ermöglicht erstmals das gleichzeitige Senden und Empfangen von Daten – beispielsweise gleichzeitig Telefonieren und E‑Mail-Empfang. iPhones zeigen diese Verbindung übrigens direkt als “3G” an, während bei Android-Geräten ein “H+” zu sehen ist. Mit einer Bandbreite von zunächst bis 384 Kilobit/Sekunde wurde die Leistung gegenüber EDGE mehr als verdoppelt.
Schon zwei Jahre später folgte die Erweiterung HSPA (High Speed Packet Access) mit einem riesigen Bandbreiten-Sprung auf 42.000 Kilobit/Sekunde. Seitdem wird die Bandbreite in Megabit angegeben (HSPA: 42 Megabit/Sekunde).
4G: Der Datenturbo LTE
Der aktuell schnellste und modernste Standard ist seit 2010 LTE (Long Term Evolution). Das ist allerdings eher eine Marketing-Bezeichnung, denn technisch setzt LTE auf UMTS auf. Korrekt wäre eigentlich 3.9G. LTE bietet Bandbreiten bis zu 300 Megabit/Sekunde. Theoretisch sind durch Frequenzband-Bündelungen bis zu 500 Megabit/Sekunde erreichbar.
Im Vergleich zu UMTS/HSPA hat LTE nicht nur eine höhere Datenrate, sondern auch deutlich kürzere Datenpaket-Laufzeiten: statt 60 bis 120 Millisekunden nur 30 bis 60. Ein großes Plus, wenn Sie schnell im Web surfen wollen oder große Datenmengen wie Filme laden.
Einen Nachteil gibt es jedoch: LTE bietet keinen separaten Kanal für verzögerungsfreies Telefonieren. Die Telefonie im LTE-Netz ist reine Internet-Telefonie (Voice over IP). Das bedeutet: Für ein Telefonat muss sich ein LTE-Handy erst aus diesem Netz abmelden und dann in einem 2G/3G-Netz neu anmelden. Dieser Wechsel kostet beim Rufaufbau einige Sekunden. Die Netzbetreiber arbeiten mit dem Projekt VoLTE (Voice over LTE) schon an einer Lösung dieses Problems.
Die Zukunft: Was bringt 5G?
Die Einführung der fünften Generation der Mobilfunktechnik ist für 2020 geplant. Konkrete Leistungsdaten liegen noch nicht vor, an der Definition des Standards wird noch gearbeitet. Das chinesische Unternehmen Huawei, das als Vorreiter in dieser Technologie gilt, will dennoch schon 2019 das erste 5G-Smartphone auf den Markt bringen. Nach dessen Angaben könnte 5G unter anderem folgende Eigenschaften haben:
- 100-fach höhere Datenrate als LTE
- 1000-fach niedrigerer Stromverbrauch po übertragenem Bit
- Extrem schnelle Reaktion (Latenzzeit unter einer Millisekunde)
5G soll zudem nicht nur für Datendienste und Telefonie dienen. Die Planungen beziehen sich auf ein universelles Netz, das die Kommunikation zwischen Geräten aller Art ermöglichen kann (“Internet der Dinge”).
Allerdings: Ein derartiges Netz braucht nicht nur geeignete Endgeräte, sondern auch die dazu passende Infrastruktur. Neue Frequenzbänder mit großem Spektrum, ein massiver Ausbau der Mobilfunkstationen und deren Vernetzung mit Hochgeschwindigkeitsverbindungen wie Glasfaserkabeln und einiges mehr sind nötig. Das dürfte immense Investitionen erfordern. Insofern ist abzuwarten, ob, wann und in welcher Form 5G kommen wird.
Mobilfunk: Eine Erfolgsgeschichte mit rapider Entwicklung
Mobilfunk, mobile Telefonie und Datenübertragung sind in Zeiten von Smartphones und Tablets ebenso alltägliche wie unverzichtbare Technologien. Wie Sie gesehen haben, hat sich die Technik in den Jahrzehnten ihres Bestehens kontinuierlich und umfassend weiterentwickelt. Seit dem ersten digitalen Standard 1996 stieg beispielsweise die verfügbare Bandbreite von 0,0096 Megabit/Sekunde auf bis zu 500 Megabit/Sekunde. Ein Ende ist nicht in Sicht. Sollte der zukünftige Standard 5G die geplanten Möglichkeiten haben und tatsächlich beispielsweise die LTE-Datenrate 100-fach übertreffen, könnte in der Erfolgsgeschichte Mobilfunk ein vollkommen neues Kapitel aufgeschlagen werden.
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