Von "The Brick" bis IoT

Die Geschichte von 5G

16.04.2021
Von  und
Tom Ball schreibt freiberuflich unter anderem für IDG Connect.
Daniel Fejzo ist freier Mitarbeiter der Redaktion COMPUTERWOCHE.
Von der Einführung der ersten Mobilfunknetze bis zum aktuellen 5G-Rollout war es ein weiter Weg. Lesen Sie, wie sich die 5G-Technologie entwickelt hat und welche Bedeutung sie für Unternehmen hat.
In der Entwicklungsgeschichte der Mobilfunknetze nimmt 5G eine besondere Rolle ein. Lesen Sie, warum.
In der Entwicklungsgeschichte der Mobilfunknetze nimmt 5G eine besondere Rolle ein. Lesen Sie, warum.
Foto: 13_Phunkod - shutterstock.com

Wir stehen an der Schwelle zu einer Technologierevolution, der ein ähnlicher Stellenwert zukommen könnte wie der Einführung des Internets oder der Konstruktion der Dampfmaschine. Die fünfte Generation der Mobilfunknetze ist in greifbare Nähe gerückt. Trotzdem sind sich viele noch nicht der tiefgreifenden Veränderungen bewusst, die diese Technologie nach sich ziehen wird. Unternehmen werden durch 5G befähigt, die durch das Internet of Things (IoT) aufgeworfenen Datenmassen zu nutzen, um ihre Geschäftsprozesse und Services zu transformieren.

5G verspricht einen technologischen Quantensprung: bis zu hundertmal schneller als 4G, dazu eine größere Netzabdeckung und eine höhere Zuverlässigkeit. Während wir uns auf diese technologische Zäsur vorbereiten, lohnt ein genauerer Blick auf die bisherige Entwicklungsgeschichte der Mobilfunknetze und auf die Frage, warum dieser nächste Schritt so wichtig ist.

1G - Ein Meilenstein mit Kinderkrankheiten

Die Reise hin zu 5G nahm ihren Anfang 1979 in Japan. In diesem Jahr stellte "Nippon Telegraph and Telephone" (NTT) den Einwohnern von Tokio die erste Generation von Mobilfunknetzen (1G) zur Verfügung. Auch wenn die analoge Technologie nur Sprachanrufe unterstützte, initiierte das Ereignis einen grundlegenden Umschwung.

Der nächste Schritt war 1983 die Einführung von 1G in Nordamerika durch die Markteinführung des Motorola DynaTAC Mobiltelefons. Das Gerät wog fast ein Kilogramm, kostete (auf heutige Verhältnisse umgerechnet) circa 8.000 Euro und bot eine halbe Stunde Gesprächszeit, bevor es zehn Stunden aufgeladen werden musste. Kein Wunder, dass das Gerät auf den Spitznamen "The Brick" getauft wurde. Im Vereinigten Königreich wurde der erste Anruf via Mobiltelefon vom Vodafone-Gründer Michael Harrison am 1. Januar 1985 vom Parliament Square in London aus getätigt.

Die Nachteile des revolutionären 1G-Netzwerks beschränkten sich jedoch nicht auf die unhandlichen Geräte: Die Gesprächsqualität war schlecht, die Verbindungen instabil und die Sicherheit aufgrund der sehr begrenzten Abdeckung und der Nichtexistenz von Verschlüsselungsverfahren mängelbehaftet. Hinzu kam eine maximale Downloadgeschwindigkeit von 2.4kbps - kein Vergleich zu der 5G-Durchschnittsgeschwindigkeit von 200 Mbps. Obwohl sich die Liste der Einschränkungen fortführen ließe, legte 1G den Grundstein für die Innovation, die heute die Zukunft der Technologie prägt.

In Deutschland mahlten die Mobilfunk-Mühlen langsamer: Das 1985 eingeführte C-Netz war nur teilweise digital, markierte aber dennoch einen allmählichen Übergang vom Auto- zum Mobilfunktelefon. Der GSM-Standard (2G) hielt in Deutschland erst im Jahr 1992 mit der Einführung des D-Netzes Einzug, bei 1G war die Bundesrepublik noch außen vor.

2G - Der digitale Wandel

Die nächste große Epochenschwelle war erreicht, als 2G 1991 zunächst in Finnland aufkam. Die 2G-Netze waren sicherer, die Verbindung rauschärmer und die Sprachqualität verbessert. Zudem wurden mit dem GSM-Standard Verschlüsselungsmechanismen implementiert, was Unternehmen in den unterschiedlichsten Branchen zur Diversifizierung ihrer Kommunikationskapazitäten anregte.

Neben der Sprachkommunikation eröffnete GSM auch die Option, Textnachrichten und Multimedia-Anhänge zu versenden. Aus unternehmerischer Sicht waren diese Faktoren bestens dazu geeignet, geschäftskritische Betriebsstrukturen - etwa Marketing und Vertrieb - neu zu definieren.

Andere Eigenschaften wie die weiterentwickelte Energieeffizienz machten die Geräte und damit die gesamte mobile Kommunikation für Verbraucher und Unternehmen alltagstauglicher. Zu den Vorteilen des 2G-Netzes zählten zum Beispiel der Support von Roaming sowie die größere Netzwerkkapazität. Darüber hinaus war 2G auch deutlich schneller als sein Vorgänger: anfangs waren Geschwindigkeiten bis zu 9,6Kbps möglich, im Laufe der Zeit - mit den Erweiterungen GPRS und EDGE - stieg diese bis auf etwa 50Kbps.

Auch in Deutschland markierte 2G einen Umschwung: Die ersten echten Mobiltelefone (zum Beispiel das Motorola International 3200) sorgten dafür, dass das "Handy" massentauglich und kommerziell erfolgreich wurde. Und man darf auch nicht vergessen, dass das 2007 vorgestellte erste Apple iPhone auch nur 2G beziehungsweise EDGE unterstützte.

3G - Boom-Zeitalter

Nachdem 3G schon seit den 1980er Jahren in Arbeit steckte, erblickte es zunächst beim vorkommerziellen Start 1998 das Licht der Welt und wurde im Jahr 2001 offiziell eingeführt. Auch dieser Innovationsschritt wurde in Japan getan - für beide Launches zeichnete NTT Docomo verantwortlich. Obwohl 3G zügig neue Maßstäbe in Sachen mobiler Netzwerkkapazität setzen konnte, hatte die Technologie mit einigen Kinderkrankheiten zu kämpfen. Dazu gehörten hohe Kosten, neu entfachte Sicherheitsbedenken und vor allem der erforderliche Umstieg von einer analogen auf eine digitale Infrastruktur.

Das Revolutionäre an 3G war die Art, wie es mit dem Internet interagierte. Seit dem Internet-Boom von 1998 herrschte eine anhaltende Nachfrage nach Zugang zum World Wide Web. 3G ermöglichte nun auch die mobile Internetnutzung. Das mündete wiederum in eine eigenständige Dynamik: die Unternehmen begannen damit, den potenziellen Wert der mobilen Internetnutzung zu quantifizieren.

Japan erwies sich auch bei der Implementierung als Vorreiter und war das erste Land mit einem breit ausgebauten 3G-Netzwerk. Bald darauf erfasste der Trend auch den Rest der Welt. Schnelligkeit ist das hervorstechende Charakteristikum der 3G-Ära: Stationär erreichten die Mobilfunknetzwerke bereits eine Datenübertragungsrate von 2Mbps, während der Fahrt in einem Fahrzeug waren es maximal 384 Kbps. Die schnelleren Netzwerke steigerten die Effizienz der mobilen Kommunikation maßgeblich und erschlossen ein großes Spektrum neuer Anwendungsfälle, die Unternehmen vor allem die Nutzung von Synergieeffekten ermöglichte. Laut der Global Mobile Suppliers Association (GSA) waren im Jahr 2007 190 3G-Netze in 40 Ländern in Betrieb - der Mobilfunk wurde allgegenwärtig.

4G - Ära der Konnektivität

Auch wenn ständig nur die Rede von der "goldenen" 5G-Zukunft ist, ist es wichtig, die Errungenschaften von 4G/LTE genauer zu betrachten. Um die Relevanz der vierten Mobilfunk-Generation verstehen zu können, sollte man sich die Unterschiede zwischen 3G und 4G vergegenwärtigen. Die Internationale Fernmeldeunion (ITU) legte 2010 in einer Pressemitteilung die Kriterien und Anforderungen fest, die 4G-Services auszeichnen.

Highspeed-Konnektivität wurde hierbei als wichtiges Kriterium genannt und in Form von Benchmarks für die 4G-Download-Geschwindigkeiten konkretisiert. Der Wert für stationäre Nutzung lag bei 1,5Gbps, also noch einmal deutlich schneller als die performantesten 3G-Netzwerke.

Ein weiterer wichtiger Unterschied im Vergleich mit 3G: 4G operiert via Packet Switching. Der Begriff beschreibt ein Verfahren, bei dem Daten in einem digitalen Netzwerk übertragen werden, indem man sie zu Paketen gruppiert, die aus einem Header und Nutzdaten bestehen. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass die Datenpakete ihren Zielort erreichen, ohne einen fest zugeordneten Kanal zu verwenden, was auch ein erneutes Senden möglich macht.

Vereinfacht ausgedrückt liegt der Hauptunterschied zwischen den beiden Mobilfunkgenerationen in der Geschwindigkeit. Die vierte Generation konnte ihren Vorgänger in dieser Kategorie oftmals um das Zehnfache übertrumpfen. Das liegt daran, dass 4G dank niedriger Latenzzeiten eine wesentliche schnellere Reaktionszeit erreicht, was sich für Nutzer unter anderem in einem spürbar angenehmeren Download-Erlebnis äußert. Die Geschwindigkeit von LTE hat die exponentielle Vernetzung der Welt sowie die Etablierung neuer Technologien und Arbeitsweisen in den letzten zehn Jahren maßgeblich befeuert.

Abgesehen vom Geschwindigkeitsaspekt gibt es bei 4G allerdings einige ernstzunehmende Sicherheitsbedenken, da Verschlüsselung nur bei einer 4G-Nutzung über das Radio Access Network (RAN) obligatorisch ist, was den Backhaul-Teil des Netzwerkes potenziell attraktiv für Hacker macht. Die älteren 3G-Netzwerke bauten hingegen auf eine Kombination aus IP- und Mobile-Signaling-Protokollen, was Sicherheitsrisiken minimierte.

5G - The Next Generation

Die Verbesserungen vergangener Mobilfunkgenerationen erfolgten schrittweise und bauten aufeinander auf. Wenn 5G den Erwartungen gerecht wird, wird die Technologie nun zum Gamechanger. Studien zufolge übertrifft die neue Generation LTE in Sachen Geschwindigkeit um den Faktor 100 und kann so ein nur schwer vorstellbares Maß an Kommunikation und Konnektivität gewährleisten. Das kommt angesichts der beispiellosen Datenmengen, die schon jetzt weltweit generiert werden, gerade rechtzeitig.

4G wurde auf den Grundlagen der dritten Generation etabliert und konnte daher mit einem Frequenzspektrum bis höchstens 6GHz arbeiten. Sein Nachfolger hingegen wird in Bereichen bis zu 300GHz operieren können. Diese immense Zusatzkapazität kommt der Übertragung größere Datenmengen - in höheren Frequenzbereichen aber nur über eine geringere Reichweite - zugute, was wiederum einen entscheidenden Vorteil für all diejenigen Unternehmen darstellt, die große Datenmengen nutzen wollen, um ihre Prozesse zu optimieren. Zusätzlich zu den bereits genannten Vorteilen ermöglicht 5G auch eine umfangreichere Netzabdeckung, was der Implementierung von Technologien wie dem autonomen Fahren einen deutlichen Schub verleihen wird.

5G könnte eventuell die persönliche Kommunikation grundlegend verändern, wichtiger jedoch ist, dass es Maschinen ermöglicht, untereinander Informationen auszutauschen. Unternehmen aller Wirtschaftszweige identifizieren und entwickeln bereits Anwendungsfälle für vernetzte Sensoren und Maschinen, um Echtzeit-Daten für Verfahren wie Predictive Maintenance nutzen zu können. Mit Anwendungen wie diesen können Branchen wie der Bergbau und die Energiewirtschaft jährlich Millionen einsparen, die derzeit für ungeplante Ausfallzeiten aufgewendet werden müssen.

Sicherheit hat für Unternehmen weiterhin oberste Priorität. Zwar können nicht alle Bedenken ausgeräumt werden, aber 5G wird im Gegensatz zu 4G (128-Bit) eine 256-Bit-Verschlüsselung bieten. Unternehmen können 5G also ruhige(re)n Gewissens in geschlossenen Ökosystemen wie Fertigungsanlagen ausrollen, um M2M- und IoT-Kommunikation in effektiver und zuverlässiger Weise zu nutzen.

Das Zusammenspiel zwischen 5G, IoT und Edge Computing lässt bereits erahnen, welche Auswirkungen 5G auf die Wirtschaft haben könnte. Generell gilt: Je mehr Kontrolle Unternehmen über die von ihnen generierten Daten besitzen, desto intelligenter können diese zur Überwindung technologischer Herausforderungen genutzt werden, etwa um KI-Instanzen besser und schneller zu trainieren.

Dieser Artikel basiert auf einem Beitrag von IDG Connect.