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Was ist 5G?

5G steht für die fünfte Mobilfunkgeneration. Der neue Kommunikationsstandard baut auf dem Vorgänger 4G (LTE) auf, ermöglicht aber eine deutlich schnellere Datenübertragung bei minimalen Latenzen und damit ganz neue Anwendungsfelder.

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Auf einen
Blick


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5G: eine Definition

5G ist der Nachfolger der bisherigen Mobilfunkstandards GSM (2G), UMTS (3G) und LTE (4G). Die Entwicklung sowie Standardisierung erfolgt durch die Standardisierungsorganisation 3GPP und ist noch nicht final abgeschlossen. Der neue Kommunikationsstandard geht weit über digitale Telefonie und schnelles mobiles Internet hinaus. Er gilt als Antwort auf den im Zuge der Digitalisierung weltweit steigenden Datenverkehr, der etwa durch Streaming, Big Data und das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) getrieben wird. 5G soll neue Maßstäbe hinsichtlich Datengeschwindigkeit, Netzkapazität, Reaktionszeit, Zuverlässigkeit sowie Datensicherheit setzen und erstmals Datenkommunikation in Echtzeit ermöglichen. Das verspricht viele neue Anwendungsmöglichkeiten, etwa in den Bereichen IoT, autonomes Fahren oder Industrie 4.0.

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Wie funktioniert 5G?

Die bisher verfügbare 5G-Technik benötigt zum Verbindungsaufbau meist noch ein vorhandenes 4G-Netz, funktioniert also nicht selbständig. Daher spricht man hier von 5G Non-Standalone (5G NSA). Das volle Potential von 5G wird sich erst mit eigenständigen Netzen (5G Standalone, 5G SA), aufgerüsteter Technik hinter den Sendemasten und kompatiblen Endgeräten ausschöpfen lassen.

Höhere Frequenzbereiche erlauben schnellere Datenübertragung

Im Vergleich zu LTE kommen für 5G neue Frequenzbereiche und weit mehr Antennen zum Einsatz. Während LTE insbesondere Bänder unter 3 GHz nutzt, reicht der 5G-Frequenzbereich bis 6 GHz und soll langfristig um Frequenzen von 24 GHz bis maximal 100 GHz erweitert werden. Dadurch steht deutlich mehr Bandbreite zur Datenübertragung zur Verfügung. Allerdings erfordert eine flächendeckende 5G-Abdeckung auch deutlich mehr Funkstationen als LTE. Denn je höher eine Frequenz ist, desto mehr Daten können darüber gesendet werden. Zugleich nimmt jedoch die Reichweite proportional dazu ab.

Network Slicing: ein optimiertes Netz für jede Anforderung

Eine der wichtigsten technischen Neuerungen von 5G ist die Möglichkeit, das Netz bedarfsabhängig in anwendungsspezifische Ebenen zu unterteilen und mehrere virtuelle Teilnetze parallel zu betreiben. Basis dafür bilden Technologien wie die Virtualisierung von Netzwerkfunktionen (Network Functions Virtualization, NFV) und Software-definierte Netze (Software-defined Networking, SDN). Das 5G-Netz wird sozusagen in mehrere Scheiben geschnitten, weshalb man auch von „Network Slicing“ spricht. Jede Ebene oder Scheibe ist für eine bestimmte Anforderung optimiert:

  • Enhanced Mobile Broadband (eMBB): für möglichst schnelle Verbindungen mit hohen Datenraten (z.B. ultrahochauflösendes Videostreaming)
  • Massive Machine Type Communication (mMTC): für möglichst viele Verbindungen mit eher geringen Datenraten und niedrigem Energieverbrauch (z.B. Internet der Dinge)
  • Ultra-reliable and Low Latency Communication (uRLLC): für möglichst zuverlässige Verbindungen mit geringer Latenz (z.B. autonomes Fahren oder Industrie-Automatisierung)

Diese Unterteilung erlaubt es, unterschiedlichsten Anwendungen exakt die Ressourcen zur Verfügung zu stellen, die sie benötigen. Auf diese Weise lässt sich das 5G-Netz flexibel an spezifische Kundengruppen, Services und Marktsegmente anpassen.

Beamforming ermöglicht gezielte Funkversorgung

Die aktive Antennentechnik „Beamforming“ sorgt für mehr Kapazität und Effizienz bei der Funkversorgung. Im Gegensatz zu passiven Sendeantennen, die Signale ziellos in alle Richtungen abstrahlen, können 5G-Masten mit aktiven Antennen Funkwellen gezielt auf einzelne Endgeräte im Senderadius ausrichten und somit flexibel an den tatsächlichen Bedarf anpassen. Teilweise kommt Beamforming auch schon bei LTE zum Einsatz, aber in weniger ausgereifter Form.

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Was sind die Vor- und Nachteile von 5G?

Die 5G-Technologie ermöglicht theoretisch Datenraten von bis zu 20 GBit/s und damit eine bis zu 20-mal schnellere Datenübertragung als die Vorgängergeneration. Zugleich verspricht 5G Latenzzeiten bis unter einer Millisekunde, was erstmals Datenkommunikation in Echtzeit erlaubt. Der Energiebedarf soll ebenfalls geringer ausfallen als bei 4G und es sollen bis zu 1000-mal mehr Endgeräte pro Quadratkilometer vernetzbar sein. Dadurch ergeben sich zahlreiche neue Anwendungsmöglichkeiten im professionellen und privaten Umfeld.

Vorteile und Anwendungsfelder für Industrie und Wirtschaft

  • Verbesserte Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) zur Automatisierung (z.B. drahtlos angebundene Fertigungsroboter)
  • Echtzeitkommunikation als Grundlage für vernetzten Straßenverkehr und autonomes Fahren
  • Garantierte Netzverfügbarkeit (z.B. für Notdienste) durch Service-Levels oder private Campusnetze (geschlossene 5G-Netze für ein lokales Firmengelände, eine Universität oder einzelne Gebäude)
  • Telemedizin (z.B. Augmented Reality, Video-Direktverbindung oder Smarte Messgeräte)
  • Digitale Landwirtschaft (z.B. Fernsteuerung von Landmaschinen oder Einsatz digitaler Mess- und Steuerungstechnik)

Vorteile und Anwendungsfelder für Verbraucher

  • Kürzere Ladezeiten und schnellerer Seitenaufbau (z.B. beim Surfen oder Videostreaming)
  • Sehr niedrige Reaktionszeit (z.B. beim Online- oder Cloud-Gaming)
  • Bessere Abdeckung und Stabilität der Verbindung (z.B. bei Großveranstaltungen oder im Zug)
  • Verbesserte Mobilfunktelefonie („Voice over 5G“)
  • Mögliche Festnetz-Alternative für Gigabit-Internet
  • Neue Anwendungsfelder wie Augmented bzw. Virtual Reality in Echtzeit, ultrahochauflösendes Live-TV (5G Broadcast) oder 4K-Videotelefonie

Nachteile

  • Gigabit-Mobilfunk bietet bisher kaum Mehrwert für Verbraucher
  • Noch mangelnde Verfügbarkeit (vor allem in ländlichen Regionen)
  • Neue Endgeräte erforderlich
  • Mehr Sendeantennen für gleichmäßige Netzabdeckung erforderlich als bei 4G
  • Frage nach gesundheitlicher Gefährdung durch Mobilfunkstrahlung noch nicht abschließend geklärt
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Welche Sicherheitsfunktionen bietet 5G?

Einige zusätzliche Schutzmechanismen sollen 5G deutlich sicherer machen als die Vorgängergenerationen. Beispielsweise werden alle Netzkomponenten mit neuen kryptografischen Lösungen getrennt gesichert. Sollten einzelne Komponenten kompromittiert werden, bleiben die anderen weiterhin geschützt. Anders als bei den bisherigen Mobilfunkgenerationen wird zudem die International Mobile Subscriber Identity (IMSI, Internationale Mobilfunk-Teilnehmerkennung oder auch Langzeitidentität der Teilnehmer) im 5G-Netz verschlüsselt übermittelt, um Angriffspunkte für Lauschangriffe (etwa mittels IMSI-Catcher) auszuräumen.

Beim Roaming, also wenn sich das Endgerät in einem ausländischen Netz befindet, sendet es einen kryptografischen Beweis für die Identität des ausländischen Mobilfunkbetreibers an den heimischen Anbieter. Durch diese „Authentication Confirmation“ (AC) wird sichergestellt, dass sich das Gerät in einem anerkannten Netz befindet und die darüber ausgetauschten Daten geschützt bleiben. Dank Network Slicing lassen sich darüber hinaus virtuelle, besonders geschützte Netze zum Austausch sensibler Daten einrichten, etwa zur Übermittlung von Patientendaten in einem Krankenhaus.

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Welche Risiken gehen von 5G aus?

Natürlich kann es auch im 5G-Netz keine hundertprozentige Sicherheit geben. Sicherheitsforscher haben bereits mehrere Schwachstellen in den Netzwerkprotokollen aufgedeckt, die unter anderem Man-in-the-Middle-Angriffe und DoS-Attacken ermöglichten. Generell sind Software-Schwachstellen eines der Haupteinfallstore von Cyberkriminellen. Und da Software bei 5G-Infrastrukturen eine bedeutende Rolle einnimmt, ist auch das davon ausgehende Risikopotenzial immens.

Ebenso können ab Werk oder nachträglich in Netzkomponenten eingebaute Hintertüren ein Risiko darstellen. Sie ermöglichen zum Beispiel das Ausspähen von Daten oder sogar das Durchführen von Sabotage-Angriffen. In diesem Zusammenhang besteht auch das Risiko von staatlicher Einflussnahme.

So steht der chinesische Netzausrüster Huawei als einer der Hauptlieferanten von 5G-Komponenten vielerorts in der Kritik. Beispielsweise werfen die USA ihm Spionage im Auftrag der chinesischen Regierung vor. Aus diesem Grund sieht das in Deutschland geplante IT-Sicherheitsgesetz (IT-SiG 2.0) vor, kritische Bauteile von Lieferanten einer strengen Prüfung zu unterziehen und „nicht vertrauenswürdige“ Hersteller vom Aufbau des 5G-Netzes auszuschließen.

Mit zunehmender Verbreitung des neuen Mobilfunkstandards wird sich zwangsläufig auch die Schlagkraft Botnetz-gestützter DDoS-Angriffe erhöhen. Denn via 5G werden künftig noch mehr IoT-Geräte mit deutlich höheren Datenraten vernetzt sein. Werden diese nicht ausreichend abgesichert, steht Cyberkriminellen damit weitaus mehr Angriffsbandbreite zur Verfügung, die sie für stärkere Attacken missbrauchen können.

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Wie ist der aktuelle Stand des 5G-Netzausbaus?

In Deutschland gewinnt 5G seit 2019 an Verbreitung. Dient bis dato noch weitgehend die LTE-Infrastruktur als technische Basis, schreitet der Ausbau der 5G-Technologie in Form eigenständiger Sendemasten und Antennen immer weiter voran. Laut Deutsche Telekom können heute schon über zwei Drittel der Bevölkerung auf ihr 5G-Netz zugreifen, bis Ende 2021 soll die Abdeckung bei 80 Prozent liegen und 2025 bei 99 Prozent. Vodafone erreicht mit seinem 5G-Netz inzwischen mehr als 20 Millionen Menschen in Deutschland. Bis Jahresende soll die Zahl auf über 30 Millionen steigen. Telefónica Deutschland strebt an, bis Ende 2021 über 30 Prozent der deutschen Haushalte mit 5G zu versorgen und bis 2025 ein „flächendeckendes“ 5G-Netz anzubieten. Weltweit soll 5G im Jahr 2025 für ein Drittel der Weltbevölkerung verfügbar sein. Nach Schätzungen der GSMA wird der neue Kommunikationsstandard dann bis zu 1,2 Milliarden Verbindungen ermöglichen.

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5G: Das müssen Sie wissen

Die fünfte Mobilfunkgeneration verspricht langfristig deutlich höhere Datenraten bei minimalen Reaktionszeiten und geringem Energieverbrauch. Dank 5G wird erstmals Datenkommunikation in Echtzeit möglich sein, die viele neue Anwendungsfelder eröffnet. Davon profitieren vor allem Industrie und Wirtschaft, etwa in den Bereichen IoT, Produktionsautomatisierung, Logistik und vernetztes oder autonomes Fahren. Verbraucher können sich unter anderem auf neuartige Augmented- bzw. Virtual-Reality-Anwendungen freuen sowie auf ultrahochauflösendes Videostreaming. 2025 soll 5G für nahezu alle Menschen in Deutschland verfügbar sein. Mit den Chancen der neuen Technik gehen aber auch Risiken einher: Denn mit der steigendenden Zahl vernetzter Geräte, die massenhaft Daten via 5G austauschen, steigt ebenfalls die potenzielle Angriffsfläche.

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