5G / 0G (Null G):Die 5. Generation der Funktechnologie

5G steht für die 5. Generation der Funktechnologie für mobiles Internet und Telefonieren. Mit ihr sollen im Vergleich zum derzeitigen LTE (4G) größere Datenmengen schneller übertragen werden können. Dies ist besonders bei Anwendungen interessant, bei denen Echtzeitübertragungen von Daten zwingend notwendig sind wie z.B. bei autonom fahrenden Autos oder große Datenmengen übertragen werden müssen wie z.B. beim streamen von Filmen in 4K Qualität.

Als 0G werden die LPWAN-Funktechnologien bezeichnet, womit die Unabhängigkeit von der Mobilfunktechnologie des 5G ausgedrückt wird. Bei den LPWAN-Technologien handelt es sich um die Technik des Low Power Wide Area Network, einem weitreichenden Niedrigenergienetzwerk. Damit können kleine Datenmengen über niedrige Frequenzen und große Entfernungen gesendet werden. Somit stellt 0G eine Alternative zu 4G und 5G im Bereich des “Internets der Dinge” dar, also der Kommunikation von Maschinen untereinander, denn die Datenmengen, die Maschinen austauschen wie z.B. Standort- oder Sensordaten, sind nur gering.

Was kann 5G und 0G leisten?

Derzeit telefonieren und surfen wir im Internet mit LTE der 4. Generation der Mobilfunktechnologie. Sie ermöglicht uns bereits die GPS Navigation mit Staumeldungen in Echtzeit, die Nutzung von Streamingdiensten oder das Spielen von Online Games. Echte Neuerungen durch die 5. Generation beginnen erst ab 6GHz. 5G agiert in Frequenzhöhen im zweistelligen Bereich. Je höher die Frequenz desto größere Datenmengen können übertragen werden. Das anvisierte Ziel sind 10 Gbit/s. Testmessungen zeigen, dass ein theoretischer Wert von 1 GBit/s erreicht werden kann. Allerdings existieren zur Zeit noch wenige 5G fähige Geräte, die das Netzwerk gleichzeitig belasten könnten.

Je höher die Frequenz desto geringer ist die Reichweite. Das bedeutet, dass für den flächendeckenden Ausbau mehr Antennen errichtet werden müssen als bisher.

Die LPWAN Technologie LoRaWAN, die entwickelt wurde, um die Möglichkeiten des “Internets der Dinge” (engl. Internet of Things, kurz IoT) voranzutreiben, sendet auf einer niedrigen Frequenz von 868 MHz. Das reicht aus, um die geringen Datenmengen, die bei der Kommunikation zwischen Maschinen ausgetauscht werden, zu übertragen. Durch die niedrige Frequenz kann mit LoRaWAN eine Sendereichweite von bis zu 20 km erreicht werden. Auf diese Weise sind nur wenige Antennen nötig, um das IoT auch in der Landwirtschaft aufzubauen, wie z.B. die Überwachung des Bodenwasserpegels, oder um ganze Städte IoT fähig zu machen.

Mit LoRaWAN werden Daten energiesparend in einem speziellem Rhythmus gesendet und empfangen. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist ausreichend für die meisten IoT Anwendungen. Die “G” Technologie dagegen sendet permanent hin und her. Daher eignet sich 5G für IoT Anwendungen dann, wenn besonders kurze Antwortzeiten von 1ms benötigt werden.

Wofür kann 5G und 0G angewendet werden?

Diese Funktechnologien sind für mobiles Internet und Telefon und Anwendungen mit hohen Datenraten. Das Arbeiten von jedem Ort in der Welt ist damit möglich. Zudem sollen damit künftig auch Videokonferenzen in 4K Qualität vorstellbar sein. Kollegen könnten über das Internet gemeinsam an komplexen 3D Modellen arbeiten.

Die 5. Generationwird auch als die Zukunftstechnik für das Internet der Dinge dargestellt. Dabei ist es bereits jetzt möglich, Geräte, Fahrzeuge oder Maschinen miteinander kommunizieren zu lassen. LoRaWAN ist von der LoRa-Alliance 2015 dafür speziell entwickelt worden. Beim IoT treten also beide Funktechnologien in Konkurrenz.

LoRaWAN besticht durch seine große Reichweite von bis zu 20 km. Es ist eine Open Source Technologie. Das bedeutet, es kann von jedem verwendet werden unabhängig von den großen Netzwerkanbietern. Unternehmen, Landwirte oder Städte können sogar ein eigenes LoRaWAN Netzwerk aufbauen. Aufgrund der hohen Reichweite werden dazu nur wenige Antennen benötigt.

Dagegen müssen die Funkfrequenzen, die für 5G nötig sind, von den Netzwerkanbietern für Millionenbeträge teuer ersteigert werden von der Bundesnetzagentur. Durch die geringe Reichweite der hohen Frequenzen müssen zudem eine Vielzahl von Antennen errichtet werden. Diese hohen Kosten werden natürlich an den Verbraucher weitergeben.

Der Vorteil für das Internet der Dinge liegt bei der Übertragungsgeschwindigkeit. Anwendungen die eine Reaktionszeit von 1ms benötigen sind hiermit möglich. Es gibt jedoch auch zahlreiche IoT Anwendungen, die auf Echtzeitübertragung nicht angewiesen sind.

Wie weit sind 5G und 0G ausgebaut?

Die LoRa-Alliance ist ein internationaler Zusammenschluss von über 500 Unternehmen, deren Experten 2015 die Funktechnologie LoRaWAN entwickelt haben. Diese offene, gemeinnützige Organisation ist das am schnellsten wachsende Technologiebündnis bestehend aus Mitgliedsunternehmen in Nordamerika, Europa, Afrika und Asien. Dadurch ist LoRaWAN mittlerweile in 162 Ländern (Stand 13.10.2020) verfügbar mit einer wachsenden Antennenanzahl.

In Deutschland befindet sich LoRaWAN im Aufschwung. Die geografische Abdeckung wird immer weitreichender und großflächiger. Da es sich bei LoRaWAN um eine Open Source Technologie handelt, kann jeder, also auch Kommunen oder einzelne Landwirte, ein eigenes LoRaWAN Netz aufbauen und mit zum Wachstum der Netzabdeckung beitragen.

Die neueTechnologie kann zunächst auf das 4G Netz aufbauen. Die hohen Datenmengen, die künftig übertragbar sein sollen, bedürfen jedoch des Ausbaus eines geeigneten Antennen- und Glasfasernetzwerks.

Im Juni 2019 kam es zu einer ersten Versteigerung von 5G Frequenzen von der Bundesnetzagentur. Daran beteiligten sich die Netzanbieter Drillisch Netz AG (1&1), Telekom, Vodafone und Telefònica (O2). Die Auktionsbedingungen sehen vor, dass die Ausbaustufe 1 bis Ende 2022 abgeschlossen ist. Das bedeutet die Versorgung von mindestens 98% der Haushalte je Bundesland, aller Bundesautobahnen, die wichtigsten Bundesstraßen und Schienenwege mit mindestens 100 MBit/s und einer Latenzzeit (Reaktionsgeschwindigkeit) von max. 10 ms. Jeder Betreiber soll 1000 5G-Basisstationen und 500 Basisstationen in “weißen Flecken” errichten. Die Ausbaustufe 2 ist bis Ende 2024 vorgesehen. Das beinhaltet die Versorgung der übrigen Bundesstraßen mit mindestens 100 MBit/s und für alle Landes-, und Staatsstraßen, Seehäfen und wichtigen Wasserstraßen, sowie alle übrigen Schienenwege mit mindestens 50 MBit/s. Für Netzwerkneulinge wie Drillisch gelten niedrigere Anforderungen. Die Bundesnetzagentur erwartet eine Zusammenarbeit zwischen den Netzbetreibern in Gebieten, in denen sich der Ausbau durch einzelne Unternehmen wirtschaftlich nicht lohnt. Es bleibt also zu hoffen, dass der ländliche Raum nicht abgehängt wird.

Wie viel Energie verbrauchen 5G und 0G?

Die Übertragung noch größerer Datenmengen über noch mehr Antennen verbraucht natürlich auch mehr Energie. Zudem werden mit den neuen Möglichkeiten auch die Arten der Anwendungen und die Anzahl der Netzaktivitäten steigen.

Die Kommunikation des Internets der Dinge tauscht nur geringe Datenmengen aus und auch die Endgeräte verbrauchen wenig Energie. LoRaWAN spart zusätzlich weitere Energie ein durch seine spezielle Methode der Datenübertragung. Dort wo 5G permanent Sender und Sensoren nach Daten abgefragt werden, können bei LoRaWAN die Daten energiesparend in einem speziellem Rhythmus gesendet und empfangen. Es gibt also minimale Ruhezeiten, in denen nichts geschieht. Das hat den Vorteil, dass Endgeräte mit Batterie betrieben und über Jahre mobil eingesetzt werden können.

5G verspricht eine künftige Latenzzeit (Reaktionsgeschwindigkeit) von 1ms versprochen. Dies ist natürlich nur dann möglich, wenn permanent gesendet wird.

Wie sicher sind 5G und 0G?

Skeptiker glauben, dass durch die komplexen Anforderungen der neuen Funknetzeeine wöchentliche Software Aktualisierung notwendig wäre, u.a. durch Drittanbieter. Eine vollständige Überwachung durch Softwarezentren wäre daher zeitlich nicht möglich. Somit gäbe es nach wie vor Hintertüren für Spionage.

Auf der Telekom Webseite dagegen wird eine verbesserte Sicherheit angepriesen ohne auf das Problem der Drittanbieter zu sprechen zu kommen.

Zu den Sicherheitsmaßnahmen würden kryptografische Lösungen gehören, heißt es dort. “Die jeweiligen Komponenten der 5. Generation werden getrennt gesichert.

Dies gewährleistet Ausfallsicherheit: Ist eine einzelne Komponente nicht funktionsfähig, ist dennoch der Schutz der anderen sichergestellt. (https://www.telekom.de/unterwegs/was-ist-5g) Außerdem würden die Endgeräte “Dank Authentication Confirmation […] automatisch einen kryptografischen Beweis an [den] heimischen Mobilfunkbetreiber [schicken] über die jeweilige Identität des Anbieters, in dessen Netz es sich eingewählt hat. Das würde zu mehr Sicherheit beim Roaming führen. Zudem sei bei den Vorgängern 2G bis 4G die Langzeitidentität (IMSI) unverschlüsselt übertragen worden. Dies würde nun mit 5G verschlüsselt geschehen.

LoRaWAN ist komplett Ende-zu-Ende verschlüsselt. Die Daten werden sowohl im Netzwerk als auch in der Anwendung (Software) verschlüsselt. Zusätzlich sind auch die Endgeräte durch einen gerätespezifischen Schlüssel gesichert. Sender und Netzwerkserver müssen sich wechselseitig authentifizieren. Die Aufgabe des Servers ist es, die Nachrichten von den Endgeräten zu entschlüsseln und die Nachrichten an die Endgeräte zu verschlüsseln.

Netzwerkbetreiber haben damit keinen Zugriff auf die Daten des Endnutzers. Es liegt bei dem Nutzer selbst, welche Daten er öffentlich zugänglich macht.

Wie ist die Strahlenbelastung von 5G und 0G?

Das Bundesamt für Strahlenschutz erklärt, dass es keine Gesundheitsauswirkungen gibt, so lange die Höchstwerte und empfohlenen Grenzwerte eingehalten werden.

Dennoch existiert eine Angst in der Bevölkerung vor zu viel Strahlung, besonderes wenn für die 5. Generation das Antennennetz dichter ausgebaut werden soll. Jedoch wird die Strahlung durch mehr Antennen sogar geringer, weil das Endgerät weniger intensiv ausstrahlen muss, je näher sich die Antenne befindet. Die stärkste Strahlung geht von den Geräten aus und nicht von den Antennen.

Die Auswirkungen der Strahlung sind seit 30 Jahren in zahlreichen Studien (ca. 1200 experimentelle, ca. 300 epidemiologische) erforscht worden. Selbst zu den neueren Funktechnologien existieren bereits etwa 200 experimentelle Studien. Elektromagnetische Wellen sind mit steigender Frequenz nicht mehr in der Lage, Hindernisse zu durchdringen, also auch nicht einen Körper. Somit wären die höheren Frequenzen weniger gefährlich (wenn überhaupt) als die bisherige 4G Technologie (max. Frequenz 6 GHz). Aber selbst die Studien der bisher praktizierten Funktechnologien haben gezeigt, dass sich die Haut lediglich schwach erwärmen kann, weil die Wassermoleküle in der Haut in Bewegung geraten. Die mögliche Erwärmung ist jedoch zu gering, um biologische Effekte zu bewirken.

Die festgelegten Grenzwerte betragen im Allgemeinen einen Bruchteil der Signalstärke, die Auswirkungen zeigen könnte. Die Werte sind so ausgelegt, dass sich die Haut allenfalls um Zehntelgrad erwärmen könnte, also jenseits möglicher thermischer Gefahren. Die meisten Geräte (Basisstationen, Mobiltelefone, etc.) liegen unter den Grenzwerten, schon allein deshalb, weil die Batterien eines Smartphones länger halten, je weniger Strom verbraucht wird.

Wer sich trotzdem sicherer fühlen möchte, findet auf der Webseite des Bundesamtes für Strahlenschutz Empfehlungen für den Umgang mit Mobilfunk.