Reicht 4G nicht aus? Warum brauchen wir 5G?

Seit der schwedische Betreiber TeliaSonera im Jahr 2009 offiziell das weltweit erste LTE-Netzwerk in Betrieb nahm, ist 4G eine beliebte Technologie, die die Aufmerksamkeit vieler Betreiber und Medien auf sich gezogen hat. Während der 4G-Ausbau der drei großen inländischen Betreiber in vollem Gange ist, ist 5G erneut in aller Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Ob Betreiber wie China Mobile und Vodafone oder Gerätehersteller wie Huawei und ZTE, ihr Wunsch nach 5G ist schon lange offensichtlich. Verschiedene Medien haben 5G stark übertrieben beschrieben, als ob wir im 5G-Zeitalter ein noch nie dagewesenes Interneterlebnis genießen könnten. Aber ist das wirklich der Fall? Was sind die unbekannten Geheimnisse hinter 5G?

1. Ist 5G eine Lösung für das Problem des Videoschauens unterwegs?

Es besteht die Ansicht, dass 5G eigentlich nur ein Problem lösen kann, nämlich das Problem des Ansehens von Videos unterwegs. Andere Vorteile, wie etwa globales Roaming, das ein einheitlicher Standard und ein vereinfachtes Terminaldesign mit sich bringt, können nicht erreicht werden, da die globalen Frequenzbänder nicht mehr einheitlich sind und keine programmierbaren Filter implementiert werden können.

Leider ist diese Ansicht nicht richtig. Da jede Generation der Mobilkommunikationstechnologie unterschiedliche Schwerpunkte hat, gibt es zwischen den verschiedenen Technologien wesentliche Unterschiede. Im 1G- und 2G-Zeitalter konzentrierten sich die Technologieforscher auf das grundlegendste Bedürfnis der Menschen: die „Stimme“. Im 3G- und 4G-Zeitalter ist aufgrund der rasanten Entwicklung des Internets, insbesondere des mobilen Internets, der Wunsch der Menschen nach einem jederzeitigen und überall verfügbaren Internetzugang immer stärker geworden. Das größte Merkmal von 3G und 4G besteht darin, dass sie extrem hohe drahtlose Übertragungsraten bieten können. Die in der Werbung häufig gesehenen 100 Mbit/s, 150 Mbit/s usw. sind ihre Verkaufsargumente. Mit der Popularität von Smartphones ist es schon lange Realität geworden, jederzeit und überall Videos über 4G-Netzwerke anzusehen. Als Upgrade von 4G ist es mit 5G noch einfacher, jederzeit und überall Videos anzusehen.

Es wäre ein großer Fehler, 5G lediglich als Hochgeschwindigkeits-Mobilfunknetz zu betrachten. Ein echtes 5G-Terminal ist nicht nur mit 4G-Standards kompatibel, sondern kann auch die Terminalkosten senken und echtes globales Roaming ermöglichen. Mit der Popularisierung von 4G, insbesondere der Förderung von VoLTE, werden 4G-Netzwerke in Zukunft 2G- und 3G-Netzwerke ersetzen und zum Mainstream der globalen Betreiber werden. Bis 2020, wenn 5G kommerzialisiert ist, werden die 2G- und 3G-Netze weltweit abgebaut und 4G wird der wichtigste globale Kommunikationsstandard sein. Derzeit haben vollstandardisierte integrierte Chips das Problem des globalen Roamings mit mehreren Standards und mehreren Frequenzen technisch bereits gelöst (z. B. iPhone 6). Wenn 2G- und 3G-Netze abgebaut werden, muss das Design des mobilen Endgeräts nur noch 4G- und 5G-Netze unterstützen. Diese Art von Mobiltelefon ist nicht nur kostengünstig, sondern erleichtert auch das weltweite Roaming. Man kann sagen, dass das 5G-Zeitalter nicht nur das Problem des Ansehens von Videos unterwegs löst, sondern auch das Problem des globalen Roamings vollständig löst.

2. Bedeutet 5G eine Verbesserung der Spektrumnutzung?

Darüber hinaus besteht die Ansicht, dass die Effizienz der Spektrumnutzung immer höher wird, wenn Kommunikationstechnologien der neuen Generation die Kommunikationstechnologien der vorherigen Generation ersetzen. Aus diesem Grund muss 5G lediglich die Spektrumnutzung von 4G verbessern.

Leider ist die Situation nicht so einfach. Lange vor der Vergabe der 4G-Lizenzen führte China Unicom in vielen Städten WCDMA-Netze mit einer Spitzengeschwindigkeit von 42 Mbit/s ein. Durch die Nutzung einer Vielzahl fortschrittlicher Modulationstechnologien kann die aktualisierte Version von WCDMA bei Verwendung von nur 5 MHz Bandbreite eine Spitzenrate von 42 Mbit/s erreichen. Im 4G-Zeitalter kann selbst FDD-LTE, das die schnellste Spitzenrate aufweist, bei einer Bandbreite von 20 MHz nur eine Spitzenrate von bis zu 150 Mbit/s erreichen. Zum Vergleich: Die Spitzenrate von FDD-LTE mit einer Bandbreite von 5 MHz beträgt nur 37,5 Mbit/s und die Spektrumnutzung ist sogar noch geringer als die von 3G-Netzwerken. Dies ist bei FDD-LTE der Fall, ganz zu schweigen von TD-LTE. Man kann sagen, dass 4G-Netzwerke, wenn wir nur die Spektrumnutzung betrachten, keine großen Vorteile gegenüber 3G-Netzwerken haben und dass die Verbesserung der Spektrumnutzung auf einen Engpass gestoßen ist.

Aufgrund der Knappheit der Spektrumressourcen bleibt zur Erzielung hoher Geschwindigkeiten bei der drahtlosen Kommunikation neben der Verbesserung der Spektrumnutzung durch Modulationstechnologie nur noch die Erhöhung der Übertragungsbandbreite. Ein gängiges Beispiel ist WLAN. Vom frühen 802.11a/b/g/n bis zum späteren 802.11ac wurde die Übertragungsrate kontinuierlich verbessert. Der Trick ist die Doppelfrequenz. In frühen WLAN-Standards wurde häufig das 2,4-GHz-Frequenzband verwendet. Aufgrund der großen Anzahl von Benutzern kommt es auf diesem Kanal häufig zu starken Störungen, die sich direkt auf das tatsächliche Benutzererlebnis auswirken. Um dieses Problem zu lösen, hat die WiFi Alliance ein neues Frequenzband von 5,8 GHz eingeführt. Obwohl dieser Kanal eine höhere Frequenz hat, kommt es dort zu weniger Störungen. Durch die Kombination der beiden Frequenzbänder kann der neueste WLAN-Standard problemlos eine Downloadgeschwindigkeit von über 150 Mbit/s erreichen.

Nachdem die Spektrumnutzung einen Engpass erreicht hatte, wurde bei Wi-Fi die Mehrfrequenz-Hybridvernetzung zur Richtung der 5G-Überlegungen. Durch die Überlagerung der Raten verschiedener Frequenzbänder kann 5G das Problem der begrenzten Netzwerkgeschwindigkeit grundlegend lösen. Obwohl die Spektrumnutzung vorerst nicht verbessert werden kann, kann 5G immer noch hohe Geschwindigkeiten erreichen, die 4G nicht erreichen kann.

3. Kann im 5G-Zeitalter jeder hohe Geschwindigkeiten genießen?

Ähnlich wie bei WLAN, egal ob 4G oder 5G, werden die Ressourcen des drahtlosen Netzwerks von mehreren Personen gemeinsam genutzt. Greift nur ein Nutzer auf die Basisstation zu, kann dieser theoretisch vom Spitzentarif profitieren. Greifen jedoch 10 Benutzer gleichzeitig auf diese Basisstation zu, um Daten herunterzuladen, steht jedem Benutzer – abgesehen von anderen Störfaktoren – höchstens ein Zehntel der Downloadgeschwindigkeit zur Verfügung. Natürlich kann die tatsächliche Situation komplizierter sein. Die Downloadrate kann von vielen Faktoren beeinflusst werden, beispielsweise von der Signalstärke, der Anzahl der Benutzer, die gleichzeitig Daten herunterladen, der Anzahl der Basisstationssektoren und der Geschwindigkeit des Servers. Im wirklichen Leben ist es für eine Basisstation offensichtlich unmöglich, Dienste nur für einen Benutzer bereitzustellen. Selbst mit der von 5G angekündigten ultrahohen Geschwindigkeit wird die Geschwindigkeit nicht zu hoch sein, wenn mehrere Personen sie gemeinsam nutzen (stellen Sie sich das Gefühl vor, wenn jemand Ihre Internetverbindung kostenlos nutzt).

Tatsächlich hat die von 5G beworbene hohe Geschwindigkeit keine großen Auswirkungen auf normale Benutzer. Wenn Sie ein schnelleres und kostengünstigeres Netzwerk wünschen, ist die direkteste Methode die Verwendung von kabelgebundenen Glasfaserkabeln und WLAN am Ende, um eine Hochgeschwindigkeitsabdeckung im kleinen Maßstab zu gewährleisten. Die Erwartung, durch 5G ein Hochgeschwindigkeitserlebnis für alle zu erreichen, ist nicht nur aus Kostengründen inakzeptabel, sondern das Erlebnis wird mit zunehmender Benutzerzahl auch erheblich beeinträchtigt.

Zusammenfassen

Der Grund für die Einführung von 5G liegt nicht darin, dass die Verbraucher unterschiedliche Ansprüche hätten, sondern in den enormen Gewinnen, die mit 5G verbunden sind. Um einen Anteil am zukünftigen Kommunikationsmarkt zu ergattern, zerbrechen sich Betreiber und Gerätehersteller den Kopf. Insbesondere China Telecom und China Unicom, die beiden Brüder in der Krise, haben genug von den vielen Einschränkungen im 4G-Zeitalter bei der Unterstützung unabhängiger Rechte am geistigen Eigentum und sehnen sich nach einer Technologie, mit der die 5G-Standards grundlegend vereinheitlicht werden können. Vor dem Hintergrund der nationalen Unterstützung für unabhängige Rechte am geistigen Eigentum hoffen wir dringend, dass sich chinesisches technisches Personal so bald wie möglich an der Formulierung vollständiger 5G-Standards beteiligen und möglichst viele Vorteile aus der internationalen Zusammenarbeit ziehen kann. Zu diesem Zeitpunkt können wir, egal ob FDD oder TDD, stolz sagen: „Das ist die ganze Weisheit des chinesischen Volkes“!

Als Gewinner des Qingyun-Plans von Toutiao und des Bai+-Plans von Baijiahao, des Baidu-Digitalautors des Jahres 2019, des beliebtesten Autors von Baijiahao im Technologiebereich, des Sogou-Autors für Technologie und Kultur 2019 und des einflussreichsten Schöpfers des Baijiahao-Vierteljahrs 2021 hat er viele Auszeichnungen gewonnen, darunter den Sohu Best Industry Media Person 2013, den dritten Platz beim China New Media Entrepreneurship Competition Beijing 2015, den Guangmang Experience Award 2015, den dritten Platz im Finale des China New Media Entrepreneurship Competition 2015 und den Baidu Dynamic Annual Powerful Celebrity 2018.