Autor: Fabian Artikel aktualisiert am 06.04.2024
Mobilfunkstandards: Das musst Du über UMTS, LTE, 5G wissen
Inhalt
Was bedeuten die Mobilfunkstandards 5G, 4G und 3G?
Einleitung
Das Mobilfunknetz ist das Rückgrat der Mobilfunkbranche, ohne dieses Netz wäre die Kommunikation mit Smartphones, wie wir sie heute kennen, undenkbar. Sie bestimmen, wie sich die Nutzer und Geräte miteinander kommunizieren, und sorgen für ein einheitliches Nutzererlebnis auf verschiedenen Plattformen.
Seit den Anfängen, als Handys noch klobige Klötze waren und nur telefonieren konnten, bis zu den heutigen supersmarten Allroundtalenten haben wir einen weiten Weg zurückgelegt – und die Entwicklung immer neuer und noch leistungsfähigerer Mobilfunkstandards hat dabei eine entscheidende Rolle gespielt.
Von GPRS, der ersten Norm zur mobilen Datenübertragung überhaupt, über EDGE, UMTS und LTE bis zum heutigen 5G-Standard hat die Geschwindigkeit, mit der sich Daten aus dem Internet auf Handys übertragen lassen, kontinuierlich zugenommen. Viele moderne Anwendungen für Smartphones, zum Beispiel die Navigation in Echtzeit oder das Streamen von Videos und Filmen, wären mit den anfänglich nur geringen Datenübertragungsraten gar nicht möglich gewesen.
Die Entwicklung der Standards LTE (Long-term Evolution) und 5G (fünfte Generation) hat durch den seitdem möglichen schnelleren Internetzugang und die deutlich höheren Datengeschwindigkeiten sowohl die Mobilfunkbranche als auch unseren Alltag grundlegend verändert.
Ging es anfangs nur darum, die Übertragungen so effektiv und effizient wie möglich zu machen, steht die Mobilfunkbranche mittlerweile vor neuen Herausforderungen: Immer mehr Endgeräte mit immer mehr Datenbedarf erfordern eine effizientere Nutzung des begrenzten Frequenzspektrums. Mit der Entwicklung neuer Mobilfunk-Standards soll in Zukunft daher nicht mehr nur die Geschwindigkeit der Datenübertragung verbessert werden. Stattdessen gilt es auch, immer mehr Endgeräte gleichzeitig zu versorgen, ohne dafür immer mehr Mobilfunkmasten und Antennen aufstellen zu müssen.
Egal, ob Du ein Technik-Enthusiast mit jeder Menge Fachwissen oder ein Mobilfunklaie bist – indem Du mehr über die verschiedenen Mobilfunkstandards lernst, kannst Du in Zukunft bessere Entscheidungen treffen. Außerdem verstehst Du mit dem Wissen aus diesem Artikel zukünftig ganz genau, was die Abkürzungen über den Balken, die den Empfang Deines Handys anzeigen, bedeuten. Dafür bietet Dir dieser Artikel einen detaillierten Einblick in die verschiedenen Mobilfunkstandards, die im Laufe der Jahre entstanden sind, ihre technischen Spezifikationen und wie sie zur Entwicklung der Mobilfunkbranche beigetragen haben.
Das folgende Bild zeigt eine kurze Übersicht, um was es bei den verschiedenen Mobilfunknetzen geht.
Auch interessant: Hier gehts zu meinem Artikel über Handyhalterungen und Ladeschalten für den Tisch und Schreibtisch.
1. Mobilfunknetze der ersten Generation A-Netz, B-Netz und C-Netz
Die ersten Mobiltelefonstandards, heute oft auch als 1G (erste Generation) bezeichnet, waren im Vergleich zu den heutigen Standards recht einfach. Das A-Netz stammt aus dem Jahr 1958, B-Netz aus dem Jahr 1972 und das C-Netz von 1985.
Es handelte sich hierbei eher um lokale Funknetze. An die Möglichkeit der reinen Datenübertragung hatten die Entwickler damals noch gar nicht gedacht. Auch die Leistungsfähigkeit stand damals noch nicht im Vordergrund. Hier findest du mehr Informationen zum A, B und C-Netz. Der Betrieb des C-Netzes wurde im Jahr 2000 eingestellt.
Aber auch wenn die frühen Standards im Mobilfunk und Handys nicht für die Datenübertragung konzipiert waren, fanden einige trotzdem Wege, sie für diesen Zweck zu nutzen. Sie versendeten kurze Daten wie Aktienkurse und Wetterberichte als SMS und schufen damit ein frühes Äquivalent für die Push-Benachrichtigungen, die heutige Apps ausspielen. Diese Art des Nachrichtenabos im Pager-Style wurde schnell weltweit beliebt – kostete in Zeiten, in denen es keine Datenflatrates gab und jede Nachricht einzeln vom Provider abgerechnet wurde, aber auch einiges.
2. GSM – Die zweite Generation: Das D-Netz
Das erste Mobilfunknetz, was wir als massenhaft nutzen, ist das D-Netz aus dem Jahr 1992.
Im Zuge des technischen Fortschritts wurde 1992 mit dem sogenannten „Global System for Mobile Communications“ (GSM) die zweite Generation von Mobilfunkstandards, kurz 2G, eingeführt. Diese Standards ermöglichten eine viel schnellere Datenübertragung als 1G. Mit ihnen war erstmals auch der Zugriff auf das Internet und damit das Versenden und Empfangen von E-Mails und Kurznachrichten möglich – was allerdings vor dem Zeitalter der Datenflatrates immer noch mit enormen Kosten verbunden war und deshalb von den meisten nur zögerlich genutzt wurde.
Die Geräte waren noch sehr groß und nicht massenhaft verbreitet. Wer sich eins der großen, schweren und teuren Geräten leisten konnte, konnte froh sein, dass diese überhaupt Empfang hatten.
3. GPRS ermöglicht E-Mails, Musik- und Videostreaming
Anfang der 2000er Jahre wurde der „General Packet Radio Service“, kurz GPRS, eingeführt. Gegenüber den vorher üblichen Protokollen zur Datenübertragung im GSM-Netz ist der neue Standard wesentlich leistungsfähiger und schneller. Das liegt vor allem daran, dass er im Mobilfunk erstmals das „Paketprinzip“ für Daten einführte. Vorher verbanden sich Handys über eine eigene Leitung mit ihrem Mobilfunkmast, um ausschließlich miteinander zu kommunizieren.
Mit GPRS können sich mehrere Geräte eine Leitung teilen, weil die Kommunikation nicht kontinuierlich, sondern in kleinen, abgeschlossenen Datenpaketen abläuft. Die Nutzung des mobilen Internets wurde mit GPRS daher nicht nur schneller. Der neue Standard bezog auch die immer größer werdende Nachfrage nach mobilem Internet mit ein.
Aufgrund der vergleichsweise weitreichenden Änderungen, die mit seiner Einführung einhergingen, wird GPRS heute auch als 2,5 G bezeichnet: Es ist zwar keine eigenständige Generation eines neuen Standards für den Mobilfunk, kann aber auch nicht so einfach mit den vorherigen 2G-Technologien gleichgesetzt werden. Mit GPRS waren erstmals nennenswerte Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 53,6 kbit/s möglich. Das reicht zum Beispiel, um einen Song im mp3-Format innerhalb von zehn Minuten herunterzuladen.
20 Jahre nach seiner Einführung wurde 2,5 G selbst in weniger weit entwickelten Ländern fast überall von den neueren Standards abgelöst. In einigen Bereichen wird es aber nach wie vor bevorzugt eingesetzt: In der Kommunikation zwischen einfachen Maschinen, zum Beispiel in der Fernüberwachung und -steuerung von Industrieanlagen, ist die geringe Übertragungsrate durchaus ausreichend, sodass die Hersteller und Betreiber hier einfach die alten Standards beibehielten.
4. EDGE sorgt für mehr Geschwindigkeit im GMS-Netz
Nur zwei Jahre nach der Einführung von GPRS startete die EDGE Technologie: Enhanced Data rates for GSM Evolution verfünffachte die vorher erreichten Downloadgeschwindigkeiten auf bis zu 220 kbit/s. Mit dem neuen Standard wurde das mobile Internet daher erstmals zu einer echten Alternative zu einem festen Internetanschluss. Auch wenn EDGE heute meist den schlecht möglichsten Empfang in Deutschland darstellt, war es bei seiner Einführung eine echte Innovation, die erstmals die Entwicklung moderner und leistungsstarker Handys ermöglichte.
Mit den höheren Übertragungsgeschwindigkeiten wurden ganz neue Möglichkeiten, zum Beispiel der Zugriff auf soziale Medien, Online-Banking oder die Navigation per Handy möglich.
Auch das Live streamen von Musik ist mit EDGE möglich. Waren internetfähige Mobiltelefone vorher vor allem Arbeitsgeräte, rückte nun auch der Freizeitwert in den Vordergrund: Immer mehr Firmen und Hersteller begannen Multimedia-Angebote für Handys zu entwickeln.
Für Mobilfunkbetreiber war die Aufrüstung Ihrer Anlagen und Netze auf 2,5 G weniger aufwendig und damit günstiger als der Umstieg auf 3G und UMTS. In Deutschland startete die Aufrüstung der GSM-Netze mit EDGE trotzdem verhältnismäßig spät: Erst drei Jahre nach der Einführung des neuen Standards startete die Telekom mit dem Ausbau ihres Netzes, der 2008 abgeschlossen war. Das iPhone unterstützte als erstes Smartphone ausschließlich die Datenübertragung mit EDGE. Erst die zweite iPhone-Generation unterstützte auch neuere Standards der Datenübertragung im Mobilfunk.
5. 3G läutet das Zeitalter der modernen Smartphones ein
Die dritte Generation der Mobilfunkstandards, kurz 3G, war in Deutschland erstmals 2004 verfügbar. Das „Universal Mobile Telecommunications System“, kurz UMTS, erlaubte in seiner Urform Datenübertragungsraten von bis zu 384 kbit/s. Es war also etwa 1,5x so schnell wie EDGE. Zwar wurden die Netze und Frequenzbereiche bereits Mitte 2000 versteigert – anders als bei 2,5 G erforderte der Netzumstieg auf die nächste Generation allerdings neue Technik, was ihn ungleich aufwendiger machte.
In Deutschland belasteten die hohen Kosten für den Lizenzerwerb die Mobilfunkanbieter lange Zeit. Dadurch ging der Ausbau hier deutlich langsamer vonstatten als in anderen Ländern.
Dabei änderte 3G die Möglichkeiten und Kapazitäten von Handys grundlegend: Dank höherer Geschwindigkeiten bei der Datenübertragung war der Zugriff von unterwegs auf das Internet nicht mehr länger mit langen Wartezeiten verbunden. Stattdessen war das Netz nun von überall aus verfügbar und Menschen konnten jederzeit auch über Textnachrichten und Chats miteinander in Verbindung bleiben. Dadurch gerieten SMS und MMS zum Versenden von Nachrichten und Bildern zunehmend aus der Mode.
Gleichzeitig umfasste das multimediale Angebot für die nun aufkommenden Smartphones auch Videos. Die ersten Geräte konnten Videoanrufe übertragen und auch zum Streamen von Videos reichten die mit dem neuen Standard geschaffenen Kapazitäten mit dem neuen Standard aus. Erste Handys, die 3G unterstützten und den neuen Standard für den Mobilfunk nutzen konnten, waren zum Beispiel das Nokia N70, das Motorola RAZR V3 und natürlich das iPhone 3G.
Mit der Möglichkeit auf das schnelle Internet zuzugreifen, waren Smartphone-Nutzer zukünftig auch nicht mehr auf die von den Herstellern auf den Geräten vorinstallierten Programme und Spiele angewiesen. Stattdessen ließen sich die smarten Handys von nun an über den zugehörigen App-Store individuell gestalten. Dadurch erschlossen sich auch immer mehr Nutzungsmöglichkeiten: Vor allem die Auswahl an Spielen für Mobiltelefone ist seitdem geradezu explosionsartig gewachsen.
Die Einführung von 3G legte den Grundstein dafür, dass Handys nicht mehr nur länger für die Kommunikation und einfache Anwendungen wie Wecker, Kalender oder To-do-Listen verwendet werden konnten. Stattdessen sorgte der neue Standard im Mobilfunk dafür, dass aus reinen Mobiltelefonen langsam, aber sicher, Allroundtalente mit vielfältigen Fähigkeiten wurden.
6. 3G+ macht UMTS noch leistungsfähiger
Genau wie bei GSM erfolgten auch bei UMTS noch nachträgliche Verbesserungen, die das 3G-Netz leistungsfähiger und wesentlich schneller machten. Einer davon war das „High Speed Downlink Packet Access“ Verfahren zur Datenübertragung. Genau wie bei den Updates für das GSM-Netz ermöglichte auch HSDPA durch eine verbesserte Paketierung die Downloadgeschwindigkeiten. Im Idealfall stiegen diese um das fast 20-fache auf bis zu 7,2 Mbit/s an.
Gleichzeitig ließen sich die meisten Mobilfunkanbieter die schnelleren Geschwindigkeiten für das mobile Surfen im Internet aber auch gut bezahlen. Es entstanden die ersten Tarife, bei denen die Datenflatrates auf ein bestimmtes Downloadvolumen begrenzt waren. Wer dieses überschreitet, lädt fortan nicht mehr mit Highspeed, sondern nur noch mit der normalen UMTS-Leistung. Zusätzliches Datenvolumen kann zwar hinzugebucht werden, hat aber natürlich seinen Preis.
Durch die wesentlich höhere Leistung, die einen weiteren Meilenstein bei der Entwicklung effizienter Standards im Mobilfunk darstellte, bekam HSDPA auch den Beinamen 3,5 G oder 3G+. Als letzteres wurde das entsprechende Netz bei Android-Geräten oft als Hinweis auf das verfügbare Netz angezeigt.
Nach der UMTS-Einführung 2004 war bereits 2007 etwa die Hälfte des deutschen Mobilfunknetzes auf HSDPA aufgerüstet. 2009 verfügte fast das gesamte Handynetz über die schnelleren Downloadgeschwindigkeiten. 2021 erfolgte schließlich die Abschaltung des UMTS-Netzes, um die Frequenzen zukünftig für modernere Standards mit noch schnelleren Datenübertragungsraten zu nutzen.
7. LTE und LTE-Advanced
LTE, die Abkürzung für „Long-Term Evolution“, wird als Mobilfunkstandard der vierten Generation (4G) beworben. Technisch baut er allerdings auf dem UMTS-Netz auf und ergänzt dieses um zusätzliche Funktionen. Seine Einführung erfolgte, um noch schnellere und effizientere mobile Datenübertragungsgeschwindigkeiten zu ermöglichen.
Bei der Entwicklung von LTE standen vor allem die wachsende Nachfrage nach mobilen Daten und Verbesserungen während der schnellen Fortbewegung innerhalb und zwischen den einzelnen Funkzellen des Mobilfunknetzes im Vordergrund.
Genau wie bei seinen Vorgängern werden im 4G-Netz Übertragungen in kleinere Datenpakete zerlegt und beim Empfänger wieder zusammengesetzt. Da die dafür genutzten Frequenzen dank mehrerer Antennen zum Senden und Empfangen nun aber gleichzeitig mehrere Übertragungen parallel durchführen können, hat deren Geschwindigkeit insgesamt zugenommen. Gleichzeitig sinkt mit LTE die Latenz, also die Wartezeit auf Verbindungen. Daher ist mit diesem Mobilfunk-Standard erstmals auch Internettelefonie über Handy möglich.
Die ersten LTE-Netze wurden 2009 in Betrieb genommen. Seither hat sich die 4G-Technik zum weltweit meistgenutzten Mobilfunkstandard entwickelt. Ende 2021 wurde das reine UMTS-Netz in Deutschland abgeschaltet, sodass LTE seitdem den Standard im deutschen Mobilfunknetz darstellt. Mit LTE können Nutzer schnellere Download- und Upload-Geschwindigkeiten sowie eine bessere Sprach- und Videoqualität genießen. Nachdem 3G bereits erste Veränderungen in der Art und Weise, wie Menschen ihre Mobiltelefone nutzen, angestoßen hatte, baute 4G diese neuen Möglichkeiten für die mobile Nutzung des Internets weiter aus.
Im Alltag hat LTE das Streamen von Videos, das Spielen von Online-Spielen und das Surfen im Internet mit dem Handy viel schneller und gleichzeitig reibungsloser als je zuvor gemacht. Dies war ein entscheidender Fortschritt, der es Menschen ermöglicht, von überall aus in Verbindung zu bleiben und sich zu unterhalten. Gleichzeitig zementierte der neue Standard das Smartphone als ständigen Begleiter, ohne den niemand mehr das Haus verlässt.
Mit LTE sind Mobiltelefone mehr als nur Geräte zum Telefonieren und Versenden von Textnachrichten geworden. Sie fungieren vielmehr als mobiles Unterhaltungszentrum und Tor zum Internet – und damit als Zugriff zu Wissen und Kontakten in aller Welt. Die ständige Verfügbarkeit jeglicher Verknüpfungen und Medien hat den Lebensstil und Alltag aller Menschen wesentlich beeinflusst und verändert.
8. 5G und die steigende Nachfrage nach schnellem mobilen Internet
5G ist der jüngste Mobilfunkstandard, der 2019 auf den Markt gebracht wurde. Die Abkürzung steht für „5. Generation“. Im Vergleich zu seinem Vorgänger, 4G, soll der neue Mobilfunk-Standard Smartphone-Nutzern höhere Datenübertragungsraten und geringere Latenzzeiten bieten.
Mit 5G ist es möglich, einen hochauflösenden Film in nur wenigen Sekunden komplett herunterzuladen. Auch nahtloses Streaming oder Videokonferenzen sind mit dem neuen Standard dementsprechend überhaupt kein Problem mehr. Außerdem eröffnet die verbesserte Performance mit 5G neue Möglichkeiten im Bereich der virtuellen und erweiterten Realität (VR und AR), bei selbstfahrenden Autos und für das Internet der Dinge (IoT).
Der Hauptunterschied zwischen 5G und 4G, auf dem der neue Standard aufbaut, besteht in der Art der Datenübertragung: Die fünfte Generation kombiniert die für 4G genutzten Frequenzen mit Übertragungen besonders kleiner Wellen. Diese können nur kleine Entfernungen zurücklegen und verstärken die Bandbreite von 5G vor allem in Städten.
Insgesamt kommt der neue Standard dadurch auf eine höhere Übertragungsbreite, was in schnelleren Down- und Uploadgeschwindigkeiten resultiert. Darüber hinaus ist die 5G-Technologie so konzipiert, dass es eine größere Anzahl von angeschlossenen Geräten unterstützt, was angesichts der wachsenden Anzahl an mobilen Geräten, die über das Internet kommunizieren, zu seinen wichtigsten Eigenschaften gehört.
Die Entwicklung und Einführung des neuen Mobilfunk-Standards soll vor allem der wachsenden Zahl an internetfähigen Geräten, die über das Mobilfunknetz kommunizieren, Rechnung tragen. Außerdem soll das 5G-Netz zukünftig in der Lage sein, alle Smartphone-Nutzer mit schnellem Internet zu versorgen – auch in Städten und Ballungsgebieten, in denen viele Geräte das gleiche Netz nutzen. Zu den Geräten die im Mobilfunknetz kommunizieren gehören nicht nur Smartphones sondern z.B. Autos die mit eCall ausgestattet sind.
Obwohl die 5G-Technologie noch vergleichsweise jung ist und sich noch am Anfang befindet, investieren Mobilfunknetzbetreiber und Smartphone-Herstellern große Summen in den Aufbau der entsprechenden Infrastruktur und damit kompatibler Endgeräte. Experten erwarten, dass die Einführung des derzeit neuesten Standards im Mobilfunk in den kommenden Jahren mit Rekordgeschwindigkeit erfolgt und dass 5G-Netze bis 2025 einen großen Teil der Welt abdecken werden.
Fazit
Die Entwicklung des Mobilfunknetzes in den letzten Jahren hat erst dazu geführt, dass das Smartphone diese Erfolgsgeschichte schreiben konnte. Ein schnelleres Mobilfunknetz ermöglicht nicht nur schnellere Datenübertragungsraten auf dem Smartphone, sondern betrifft viel mehr Lebensbereiche…
Autonomes Fahren wird erst durch schnelles mobiles Internet ermöglicht. Die Autos können durch hohen Datenübertragungsraten in einem Bruchteil einer Sekunde Positionsdaten mit anderen Autos austauschen. Artikel Autonomes Fahren.
Notrufsysteme wie der seit März 2018 vorgeschriebene eCall benötigt stabile Mobilfunknetze, damit auch in ländlichen Regionen bei einem Unfall zuverlässig der Notruf abgesetzt werden kann.
Bildquelle: Barnabas Davoti von Pexels
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