Mobilfunkstandards 2G, 3G, 4G und 5G – Die Entwicklung der Netze im Überblick

Mobiles Internet ist mittlerweile ein fester Bestandteil unseres täglichen Lebens. Ob in der Bahn, auf einer Party oder beim Gassigehen mit dem Hund – wir nutzen unterwegs ständig unser Smartphone oder Tablet, um zu kommunizieren, Fotos zu senden oder in sozialen Netzwerken zu surfen. Was wir oft nicht bedenken: Für die ständige Online-Verfügbarkeit sind spezielle Technologien erforderlich. Es existieren verschiedene Mobilfunkstandards, die den Datentransfer ermöglichen. In diesem Ratgeber erklären wir, welche das sind und welcher Standard momentan der neueste ist.

HINWEIS Es gab auch bereits vor 2G bereits Mobilfunk-Netze. Diese waren aber noch komplett analog und daher weder für die Datenübertragung und SMS ausgelegt. man konnte mit ihnen nur telefonieren. Die Geschichte der Entwicklung des Mobilfunks haben wir hier zusammengestellt: A-Netz, B-Netz und das C-Netz in Deutschland

2G: Digitales Netz für moderne Gesellschaften

2G-Netze in Deutschland beziehen sich hauptsächlich auf die GSM (Global System for Mobile Communications)-Technologie, die in den 1990er Jahren eingeführt wurde. 2G-Netze sind für Sprachübertragung und einfache Datenübertragungen wie SMS (Short Message Service) ausgelegt.

Frequenzbereiche für 2G in Deutschland

In Deutschland werden folgende Frequenzbereiche für 2G-Netze genutzt:

• 900 MHz-Band:
• Dies ist der Hauptfrequenzbereich für GSM-Dienste. Er bietet eine gute Reichweite und ist ideal für ländliche Gebiete.
• 1800 MHz-Band:
• Dieses Band wird ebenfalls für GSM-Dienste genutzt und bietet eine höhere Kapazität in urbanen Gebieten, hat jedoch eine geringere Reichweite im Vergleich zum 900 MHz-Band.

Nutzung und Bedeutung

• Sprachdienste: 2G-Netze waren die erste Mobilfunktechnologie, die qualitativ hochwertige Sprachdienste im Vergleich zu den vorherigen analogen Systemen bieten konnte.
• SMS-Dienste: SMS ist eine der bedeutendsten Anwendungen von 2G und bleibt bis heute sehr beliebt.

Obwohl 2G-Netze in Deutschland weiterhin existieren, haben viele Netzbetreiber begonnen, diese Netze schrittweise abzuschalten, um Ressourcen für modernere Technologien wie 4G und 5G freizugeben. Die Abschaltung von 2G-Netzen wird voraussichtlich in den kommenden Jahren fortgesetzt, da die Nachfrage nach schnelleren und effizienteren Mobilfunkdiensten steigt. Das 1&1 Netz wurde beispielsweise bereits komplett ohne 2G Netzbereiche konzipiert.

GPRS steht für General Packet Radio Service. Es ist eine Technologie, die es ermöglicht, Daten über das Mobilfunknetz zu übertragen. GPRS war ein wichtiger Schritt in der Entwicklung der mobilen Datenübertragung und hat den Grundstein für spätere Technologien wie EDGE, 3G, 4G und 5G gelegt.

Wie funktioniert GPRS?

GPRS baut auf dem bestehenden GSM-Netz (2G) auf und ermöglicht es, Daten in Paketen zu übertragen, ähnlich wie im Internet. Das bedeutet, dass im Gegensatz zur klassischen Telefonie, bei der eine Verbindung für die gesamte Dauer eines Anrufs aufgebaut wird, bei GPRS nur dann Ressourcen genutzt werden, wenn tatsächlich Daten übertragen werden.

EDGE steht für Enhanced Data Rates for GSM Evolution. Es ist eine Weiterentwicklung des GSM-Standards (2G) und wurde entwickelt, um die Datenübertragungsraten im Mobilfunknetz zu erhöhen.

Wie funktioniert EDGE?

Im Vergleich zu den ursprünglichen GSM-Diensten, die hauptsächlich für Sprachtelefonie ausgelegt waren, ermöglicht EDGE eine deutlich schnellere Datenübertragung. Dies wird erreicht durch:

• Effizientere Codierung: EDGE verwendet fortschrittlichere Codierungsverfahren, um mehr Daten in einem bestimmten Zeitfenster zu übertragen.
• Höhere Bitraten: Durch die Anpassung der Übertragungsrate an die jeweiligen Bedingungen kann EDGE höhere Datenübertragungsraten erreichen.

Zusammenhang zwischen EDGE und 2G

• Basiert auf GSM: EDGE baut auf der bestehenden GSM-Infrastruktur auf. Das bedeutet, dass Geräte, die EDGE unterstützen, auch in GSM-Netzen funktionieren.
• Evolution von 2G: EDGE kann als Zwischenschritt zwischen 2G (GSM) und 3G (UMTS) betrachtet werden. Es bietet eine verbesserte Datenübertragung, ohne dass ein komplett neues Netz aufgebaut werden muss.

Vorteile von EDGE

• Höhere Datenübertragungsraten: Im Vergleich zu den ursprünglichen GSM-Diensten bietet EDGE deutlich höhere Geschwindigkeiten, was das Surfen im Internet und das Versenden von E-Mails angenehmer macht.
• Geringere Latenz: Die Übertragungszeiten sind kürzer, was zu einer reaktionsschnelleren Verbindung führt.
• Kompatibilität: EDGE-Geräte funktionieren in den meisten GSM-Netzen weltweit.

Einschränkungen von EDGE

• Begrenzte Bandbreite: Im Vergleich zu späteren Technologien wie 3G, 4G und 5G bietet EDGE eine deutlich geringere Bandbreite. Dies kann zu Einschränkungen bei datenintensiven Anwendungen führen, wie beispielsweise dem Streamen von HD-Videos.
• Ablösung durch neuere Technologien: Mit der Einführung von 3G, 4G und 5G ist EDGE zunehmend obsolet geworden. Viele Netzbetreiber haben ihre EDGE-Netze bereits abgeschaltet oder planen dies in naher Zukunft.

Zusammenfassend ist EDGE eine Weiterentwicklung von 2G, die eine verbesserte Datenübertragung ermöglicht. Obwohl es durch neuere Technologien abgelöst wird, spielt EDGE immer noch eine Rolle in Gebieten mit eingeschränktem Netzabdeckung oder für Geräte, die keine neueren Standards unterstützen.

3G: Startschuss für das mobile Internet auf Handys und Smartphones

3G, auch bekannt als UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), ist die dritte Generation der Mobilfunktechnologie, die in den frühen 2000er Jahren eingeführt wurde. Diese Technologie ermöglichte mobile Datenübertragungsraten, die deutlich höher waren als die vorherigen Generationen, und unterstützte eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Videotelefonie, mobilem Internet und Streaming-Diensten.

Lange Zeit gab es noch im Prepaid Bereich reine 3G Anbieter (beispielsweise Otelo im Vodafone Netz oder Congstar Prepaid im Telekom-Netz)

Gründe für die Abschaltung von 3G

Die Abschaltung von 3G-Netzen wurde aus mehreren Gründen beschlossen:

1. Technologischer Fortschritt: Mit der Einführung von 4G (LTE) und später 5G hat sich die Mobilfunktechnologie erheblich weiterentwickelt. Diese neueren Technologien bieten deutlich schnellere Datenübertragungsraten, bessere Netzwerkkapazität und niedrigere Latenzen.
2. Ressourcennutzung: Die Frequenzbänder, die für 3G verwendet werden, können effizienter für die neueren Technologien genutzt werden. Durch die Abschaltung von 3G können Netzbetreiber ihre Ressourcen umverteilen und die Kapazität für 4G und 5G erhöhen.
3. Energieeffizienz: Neuere Mobilfunktechnologien sind in der Regel energieeffizienter. Die Abschaltung älterer Netze kann dazu beitragen, den Energieverbrauch zu senken und die Betriebskosten für die Netzbetreiber zu reduzieren.
4. Wirtschaftliche Überlegungen: Die Aufrechterhaltung von 3G-Netzen verursacht zusätzliche Kosten für die Betreiber. Mit der Abschaltung können diese Kosten gesenkt und die Investitionen in modernere Technologien gefördert werden.
5. Nachfrage nach höheren Geschwindigkeiten: Die Nutzer erwarten heutzutage schnellere Internetgeschwindigkeiten und bessere Verbindungen. Die Abschaltung von 3G ermöglicht es den Betreibern, sich auf die Bereitstellung von schnelleren und zuverlässigeren Diensten zu konzentrieren.

Insgesamt wurde die Abschaltung von 3G als notwendiger Schritt angesehen, um den Fortschritt der Mobilfunktechnologie voranzutreiben und den Anforderungen der heutigen Nutzer besser gerecht zu werden.

4G: Noch schnelleres Surfen mit LTE

LTE steht für Long Term Evolution und ist eine Mobilfunktechnologie der vierten Generation (4G), die eine schnellere und effizientere Datenübertragung im Vergleich zu früheren Standards wie 3G ermöglicht. LTE bietet hohe Datenübertragungsraten mit Download-Geschwindigkeiten von bis zu 300 Mbit/s und Upload-Geschwindigkeiten von bis zu 75 Mbit/s, was die Nutzung von datenintensiven Anwendungen erleichtert. Zudem sind die Latenzzeiten deutlich geringer als bei älteren Technologien, was bedeutet, dass Daten schneller übertragen werden. Dies ist besonders vorteilhaft für Echtzeitanwendungen wie VoIP und Online-Gaming.

Ein weiterer Vorteil von LTE ist die bessere Netzabdeckung. LTE-Netzwerke haben eine größere Reichweite und bieten eine zuverlässigere Verbindung, auch in ländlichen Gebieten und beim Fahren. LTE verwendet eine Technologie namens OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), die eine effizientere Nutzung des Frequenzspektrums ermöglicht. Darüber hinaus kann LTE mehr gleichzeitige Verbindungen unterstützen, was die Netzwerkkapazität erhöht und die Benutzererfahrung verbessert, insbesondere in stark frequentierten Gebieten. Nicht zuletzt unterstützt LTE HD-Videostreaming und andere datenintensive Multimedia-Anwendungen, was die Nutzung von mobilen Geräten attraktiver macht. Insgesamt bietet LTE eine verbesserte mobile Internetverbindung, die den Bedürfnissen der modernen Nutzer gerecht wird.

4G/LTE nutzt eine Vielzahl von Frequenzbereichen, die je nach Region und Betreiber variieren können. Hier sind einige der gängigen Frequenzbänder, die für LTE verwendet werden:

• 700 MHz: Banden wie LTE Band 12, 13 und 17, häufig genutzt in den USA und einigen anderen Ländern.
• 800 MHz: LTE Band 20, häufig in Europa verwendet, bietet gute Abdeckung und Penetration in Gebäude.
• 1800 MHz: LTE Band 3, weit verbreitet in vielen Regionen, einschließlich Europa und Asien, ideal für urbanen Einsatz.
• 2100 MHz: LTE Band 1, verwendet in vielen Ländern für UMTS und LTE, bietet moderate Reichweite und Geschwindigkeit.
• 2600 MHz: LTE Band 7, in städtischen Gebieten verwendet, ideal für hohe Kapazitäten und Geschwindigkeiten, hat jedoch eine geringere Reichweite.
• 1500 MHz: LTE Band 21, in bestimmten Regionen verwendet, insbesondere in Asien.

Diese Frequenzbänder ermöglichen es LTE-Netzen, eine Kombination aus Reichweite, Datenübertragungsraten und Netzwerkkapazität zu bieten, um den Anforderungen der Nutzer gerecht zu werden. Die genaue Nutzung kann je nach Land und Mobilfunkanbieter unterschiedlich sein.

4G, insbesondere die LTE-Technologie, bietet im Vergleich zu 3G zahlreiche Vorteile:

• Höhere Datenübertragungsraten: 4G ermöglicht Download-Geschwindigkeiten von bis zu 300 Mbit/s oder mehr, während 3G typischerweise nur Geschwindigkeiten von maximal 42 Mbit/s erreicht.
• Niedrigere Latenzzeiten: 4G hat geringere Latenzzeiten, was bedeutet, dass die Zeit, die benötigt wird, um Daten zu senden und zu empfangen, deutlich kürzer ist. Dies verbessert die Benutzererfahrung bei Echtzeitanwendungen wie Online-Gaming und Videoanrufen.
• Bessere Netzabdeckung und Kapazität: 4G-Netzwerke können mehr Benutzer gleichzeitig unterstützen, was besonders in stark frequentierten Gebieten von Vorteil ist. Außerdem haben sie eine größere Reichweite und bieten eine zuverlässigere Verbindung.
• Effiziente Nutzung des Frequenzspektrums: 4G verwendet fortschrittliche Technologien wie OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), die eine effizientere Nutzung des Frequenzspektrums ermöglichen.
• Unterstützung für Multimedia-Anwendungen: 4G ermöglicht Streaming von HD-Videos, Online-Gaming und andere datenintensive Anwendungen mit besserer Qualität und weniger Pufferung im Vergleich zu 3G.
• Verbesserte Mobilität: 4G bietet bei höheren Geschwindigkeiten und Mobilität eine stabilere Verbindung, was beim Fahren oder in sich schnell bewegenden Verkehrsmitteln von Vorteil ist.

Insgesamt bietet 4G eine bedeutende Verbesserung der mobilen Internetnutzung im Vergleich zu 3G, was es zu einer bevorzugten Wahl für viele Nutzer macht.

5G: besser als LTE aber noch lange nicht perfekt

Das 5G-Netz ist die fünfte Generation des Mobilfunknetzes und bietet im Vergleich zum LTE-Netz eine bis zu zehnmal schnellere Datenübertragung. Seit 2019 wird es in Deutschland flächendeckend ausgebaut. 5G ermöglicht eine extrem schnelle Internetverbindung, was beispielsweise für den Erhalt von Warnmeldungen ohne Verzögerung essenziell ist. Unser 5G-Ratgeber gibt dir einen Überblick über die wichtigsten Informationen zu 5G, den aktuellen Stand der Netzabdeckung und die neuesten 5G-fähigen Smartphones.

Die Frequenzen, die für 5G genutzt werden, sind vielfältig und können je nach Region und Anbieter variieren. Grundsätzlich können alle Frequenzbereiche, die bereits für Mobilfunk der dritten und vierten Generation (UMTS, LTE) genutzt werden, auch für 5G eingesetzt werden. Im Telekom Netz, bei Vodafone und auch im O2 Handynetz findet man daher oft hybride Netzbereiche.

Hier sind einige der wichtigsten Frequenzbereiche, die für 5G genutzt werden:

• 700 Megahertz bis 2,6 Gigahertz: Diese Frequenzbereiche werden bereits für 4G genutzt und können auch für 5G erweitert werden. Sie bieten eine gute Abdeckung, aber die Datenübertragungsraten sind im Vergleich zu höheren Frequenzen geringer.
• 3,4 bis 3,8 Gigahertz (C-Band): Dieser Frequenzbereich ist in vielen Ländern für 5G-Ausbau besonders wichtig. Er bietet eine gute Balance zwischen Reichweite und Kapazität.
• 24,25 bis 27,5 Gigahertz: Diese höheren Frequenzen, auch als Millimeterwellen bezeichnet, ermöglichen extrem hohe Datenübertragungsraten, sind aber anfälliger für Hindernisse und haben eine geringere Reichweite.

5G bietet im Vergleich zu 4G eine Reihe von Vorteilen, die sowohl für den privaten als auch für den gewerblichen Bereich von großer Bedeutung sind. Hier sind einige der wichtigsten Vorteile:

• Höhere Geschwindigkeit: Das 5G Netz ermöglicht deutlich höhere Datenübertragungsraten als 4G. Das bedeutet, dass große Dateien in kürzester Zeit heruntergeladen werden können und Streamingdienste in höchster Qualität genutzt werden können.
• Geringere Latenz: Die Latenz, also die Zeitverzögerung bei der Datenübertragung, ist bei 5G deutlich geringer. Dies ist besonders wichtig für Anwendungen, die eine Echtzeitkommunikation erfordern, wie beispielsweise Videokonferenzen, Online-Gaming oder autonomes Fahren.
• Höhere Kapazität: 5G-Netze können wesentlich mehr Geräte gleichzeitig verbinden als 4G-Netze. Dies ist die Grundlage für das Internet der Dinge (IoT), bei dem Milliarden von Geräten miteinander vernetzt sind.
• Zuverlässigkeit: 5G-Netze sind robuster und zuverlässiger als 4G-Netze. Dies ist wichtig für kritische Anwendungen, bei denen Ausfälle nicht toleriert werden können.

LTE-Advanced und LTE-Advanced Pro sind Weiterentwicklungen der LTE (Long Term Evolution)-Technologie, die darauf abzielen, die Datenübertragungsraten, die Netzwerkkapazität und die Benutzererfahrung zu verbessern.

LTE-Advanced ermöglicht die Kombination mehrerer Frequenzbänder (Carrier) zu einer einzigen, breiteren Datenverbindung, was die Datenübertragungsrate erheblich steigert. Mit dieser Technologie können theoretische Download-Geschwindigkeiten von bis zu 1 Gbit/s erreicht werden, was deutlich schneller ist als bei herkömmlichem LTE. Zudem verbessert LTE-Advanced die Netzwerkkapazität, indem es die verfügbaren Frequenzen effizienter nutzt, wodurch mehr Benutzer gleichzeitig unterstützt werden können, insbesondere in stark frequentierten Gebieten. Die MIMO-Technologie (Multiple Input, Multiple Output) wird ebenfalls eingesetzt, um die Datenübertragungsrate weiter zu erhöhen, indem mehrere Antennen sowohl auf dem Sender als auch auf dem Empfänger verwendet werden.

LTE-Advanced Pro stellt eine weitere Verbesserung dar, indem es die Aggregation von bis zu 32 Frequenzbändern unterstützt, was zu noch höheren Geschwindigkeiten und verbesserter Netzwerkkapazität führt. Theoretische Download-Geschwindigkeiten können hier bis zu 3 Gbit/s betragen. Darüber hinaus nutzt LTE-Advanced Pro massive MIMO, was die Effizienz und Kapazität des Netzwerks weiter erhöht, indem eine viel höhere Anzahl von Antennen eingesetzt wird. Diese Technologie bietet auch verbesserte Funktionen für das Internet der Dinge (IoT), einschließlich besserer Verbindungen für eine Vielzahl von Geräten. Zudem sind die Mechanismen zur Gewährleistung einer konsistenten und hochwertigen Benutzererfahrung, insbesondere bei zeitkritischen Anwendungen wie Videoanrufen, durch verbesserte QoS (Quality of Service) optimiert.

Insgesamt stellen LTE-Advanced und LTE-Advanced Pro bedeutende Fortschritte in der Mobilfunktechnologie dar, die die Leistung, Kapazität und Benutzererfahrung im Vergleich zu herkömmlichem LTE erheblich verbessern.

6G – neuer Standard ab 2030

6G steht für die sechste Generation des Mobilfunks und stellt die nächste Evolutionsstufe nach 5G dar. Obwohl sich 6G noch in der Entwicklungsphase befindet, versprechen die technologischen Fortschritte eine Reihe von bahnbrechenden Möglichkeiten.

Was sind die möglichen Vorteile von 6G?

• Noch höhere Geschwindigkeiten: 6G wird voraussichtlich Datenübertragungsraten ermöglichen, die um ein Vielfaches schneller sind als bei 5G. Dies bedeutet, dass große Datenmengen in kürzester Zeit übertragen werden können, was beispielsweise für Anwendungen wie Virtual Reality und Augmented Reality von entscheidender Bedeutung ist.
• Geringere Latenz: Die Latenz, also die Verzögerung bei der Datenübertragung, wird bei 6G noch weiter reduziert. Dies ist besonders wichtig für Anwendungen, die eine Echtzeitkommunikation erfordern, wie beispielsweise autonomes Fahren oder Fernoperationen.
• Höhere Kapazität: 6G-Netze werden in der Lage sein, eine wesentlich größere Anzahl von Geräten gleichzeitig zu verbinden. Dies wird die Grundlage für das Internet der Dinge (IoT) sein, in dem Milliarden von Geräten miteinander vernetzt sind.
• Verbesserte Zuverlässigkeit: 6G-Netze werden robuster und zuverlässiger sein als ihre Vorgänger. Dies ist wichtig für kritische Anwendungen, bei denen Ausfälle nicht toleriert werden können.
• Neue Anwendungsmöglichkeiten: 6G wird die Tür zu völlig neuen Anwendungen öffnen, die heute noch unvorstellbar sind. Dazu gehören beispielsweise:
  • Holographische Kommunikation: 3D-Hologramme könnten in Echtzeit übertragen werden.
  • Intelligente Städte: 6G wird eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung intelligenter Städte spielen, indem es eine nahtlose Verbindung zwischen verschiedenen Geräten und Systemen ermöglicht.
  • Präzise Ortung: 6G wird eine noch präzisere Ortung ermöglichen, was für Anwendungen wie autonome Fahrzeuge oder Rettungsdienste von großer Bedeutung ist.

Wie funktioniert 6G?

Um diese enormen Leistungsverbesserungen zu erreichen, werden bei 6G neue Technologien und Frequenzbänder eingesetzt. Dazu gehören:

• Terahertz-Frequenzen: 6G wird höhere Frequenzbereiche nutzen, um höhere Bandbreiten zu erzielen.
• Künstliche Intelligenz: KI wird eine wichtige Rolle bei der Optimierung von 6G-Netzen spielen.
• Netzwerk-Slicing: Durch Netzwerk-Slicing können Netzwerke in virtuelle Teilnetze unterteilt werden, um unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen.

Wann kommt 6G?

Die Entwicklung von 6G befindet sich noch in einem frühen Stadium. Es wird erwartet, dass die ersten kommerziellen 6G-Netze frühestens in den 2030er Jahren eingeführt werden.