Ist 5G die neue Glasfaser?

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5G ist eine neue Technologie im Mobilfunknetz: Die 5. Generation. Der Internetanschluss erfolgt über festen oder kabellosen Anschluss. Zuvor brauchte man für Internetverbindungen einen Kupferanschluss. Dieses Netzwerk wird zur Zeit grösstenteils durch Glasfaser ersetzt.
Für das Mobilfunknetz und WLAN Netzwerke sind Anbieter, Hersteller und Regierungen damit beschäftigt um 5G auszubauen. Das Mobilfunknetz hat einige Vorteile gegenüber Glasfaser: eine höhere Datenübertragungsrate und weniger Verzögerung. Zudem funktioniert 5G kabellos. Da immer mehr Haushaltsgeräte kabellos funktionieren und miteinander kommunizieren, ist es naheliegend das 5G Glasfaser ablösen wird. Aber ist dies realistisch?

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(von: Arnoud Hersbach, Innovation & Development – BNS Data Logistics)

5G Breitband
Derzeit funktionieren die Internet-Infrastrukturen immer über physische Verbindungen (Kabel). Das sind Glasfaserkabel, die von der Zentrale zum Verteiler (POP) verlaufen. Dieser Kasten verteilt die Signale innerhalb eines gewissen Umkreises zu individuellen Anschlüssen oder Haushalten. Diese letzte Meile – ist eine physische Verkabelung (dies kann Glasfaser, Kupfer oder Coax sein). In Gewerbegebieten sind die Gebäude mit Glasfaser ausgestattet. Über ein Kupferkabel (Ethernet) oder ein Betriebsnetzwerk (LAN) können Arbeitsplätze und Computer angeschlossen werden.

Der Begriff 5G-Breitband ist verwirrend, da man vollständige kabellose Breitbandlösung erwartet. Aber dies stimmt nicht. 5G-Breitband (oder 5G Fixed Wireless Access oder FWA) ersetzt die physische letzte Meile durch eine kabellose Netzwerkverbindung. Der Grossteil dieser 5G Netzwerke bleibt daher angeschlossen auf den gleichen Glasfasernetzwerk wie normales Breitband.

Bottleneck ist die letzte Meile in das Gebäude
Glasfaser werden in grossen Rohren zu den zentralen Verteilern angelegt. Das Problem besteht darin, von den Verteilern zu den individuellen Anschlüssen eine Verbindung anzulegen. Da es viel Zeit und Geld kostet, diese letzte Meile durch Glasfaser zu ersetzen, verwenden viele Anbieter weiterhin die aktuellen Kupferverbindungen (DSL und Coax). Immerhin ist dieses Netzwerk bereits vorhanden und erfordert keine neuen Investitionen. Durch die Verwendung neuer Techniken (z. B. Pair Bonding) für die aktuellen Verbindungen können Anbieter häufig immer noch höhere Geschwindigkeiten gegenüber dieser eigentlich veralteten Technologie erzielen.

Durch das rasante Wachsen des mobilen Internets und kabellosen Geräten gibt eine steigende Nachfrage nach Internetzugang. Handys, Laptops und Smarthome Produkte suchen über Radiotechnologie einen WLAN Zugang oder einen mobilen Sendemast. Dies wird device verbundenes Internet genannt (IOT = Internet of Things). Die Qualität und Geschwindigkeit dieser Verbindung (und dadurch auch der Preis) wird durch die letzte Meile, Sorte Kabel (Kupfer, Coax oder Glasfaser) und Abstand zwischen Haus und Zentrale, bestimmt. Denn je weiter die Zentrale, desto niedriger die maximale Geschwindigkeit (POP). Wenn 5G-Radio schnell genug ist, braucht es keine Kabel mehr zum Haus.

Ist 5G auch viel schneller?
Das Angebot an schnellen Glasfaserverbindungen ist häufig noch auf Großstädte beschränkt. Aufgrund des oben genannten Problems einer größeren Entfernung von der Zentrale müssen sich entlegenere oder dünn besiedelte Gebiete mit einer schlechten Leistung zufrieden geben (Geschwindigkeiten 2 Mbit/s – 10 Mbit/s). Die neuesten technischen Messungen für 5G zeigen Download-Geschwindigkeiten von bis zu 50 Gbit/s. Dies betrifft natürlich die maximale (theoretische) Geschwindigkeit. In der Praxis liegt der Bereich zwischen 5 Gbit/s und 30 Gbit/s. Das ist ungefähr 1000x schneller als 4G! Entscheidend ist dabei die Wahl des Anbieters, auf welcher Frequenz das Signal läuft. Die derzeitigen Glasfaseranbieter bieten im Allgemeinen eine Höchstgeschwindigkeit von 1000 Mbit/s an. Derzeit werden Tests mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 Gbit auf Glasfaser (P2P als XGS-pon) und Coax mit docsis 3.1 durchgeführt. Kunden, die Geschwindigkeiten über 1 Gbit verwenden können, sind derzeit begrenzt. 5G kann schneller sein als das aktuelle Glasfasernetz, hängt jedoch von der gewählten Frequenz ab. In den Niederlanden wurden Frequenzen von 700, 1400 und 2100 MHz für das 5G-Netz getestet. 2019 wurden die Frequenzen 2 GHz und 3,5 GHz von der Bundesnetzagentur versteigert. Neben der Telekom, Vodafone und Telefonica nahm 1&1/Drillisch als Newcomer an der Auktion teil. Derzeit stehen in Deutschland ungefähr 1.000 5G-Antennen, weitere 7.000 sollen folgen. Ziel ist es, bis Ende des Jahres zehn Millionen Haushalte an das superschnelle Internet anzuschliessen.

Die Deutsche Telekom hat in Deutschland über 500.000 Kilometer Glasfaser installiert und nach eigenen Angaben sind mehr als 80% ihrer Mobilfunkstandorte mit Glasfaser verbunden. Vor Jahren berichteten Vodafone und Telefónica, dass sie mehr als 10% ihrer Mobilfunkstandorte mit Glasfaser verbunden haben. Die Unternehmen geben derzeit keinen aktuellen Zwischenstand darüber, wie weit die Expansion jetzt ist. Nach Schätzungen sind mehr als 50% auf Glasfaser verbunden worden.

Die 3,5-Gigahertz-Frequenz wird 2022 versteigert. Dann folgt die 26-GHz-Frequenz. Nur wenn wir auf 3,5 Gigahertz und höher gehen, werden Geschwindigkeiten erreicht, die gleich oder höher als die aktuelle Faser sind. Um diese höheren Geschwindigkeiten zu erreichen, ist eine einzige Glasfaserverbindung zur Basisstation und die erforderliche 5G-Infrastruktur ausreichend. Einfach ausgedrückt, kommt es auf den Bau kleiner Basisstationen an, die über Antennenmasten und auf Gebäuden verteilt sind.

Die Installation von 5G ist billiger als Glasfaser
Die Vorteile von 5G-Breitband oder 5G-FWA gegenüber Glasfaserbreitband liegen nicht nur in der Geschwindigkeit, sondern auch in den relativ geringen Baukosten. Es ist kein Mechaniker erforderlich, um das Haus physisch an die Verkabelung anzuschließen. Anbieter haben geringere Kosten, da keine physische Verkabelung im Boden installiert werden muss. Natürlich müssen die 5G-Antennen an das Glasfasernetz angeschlossen werden können. Es wird geschätzt, dass 5G-Anbieter ca. 50% billiger sein werden, um das Netzwerk aufzubauen. Die 5G-Lösung ist Plug-and-Play: sie funktioniert so einfach wie die Verbindung zu einem WLAN-Router. Infolgedessen kann es für Anbieter ausreichen, um die Installationsanleitung ins Internet zu stellen. Diese Einsparungen können zu einem niedrigeren Preis des Internetvertrags führen. Es gibt Prognosen die davon ausgehen, dass Haushalte, die an 5G angeschlossen sind, bis zu 200 Euro im Jahr sparen können. Die Vertragsdauer kann auch kürzer sein, da die Anbieter die Installationskosten nicht amortisieren müssen.

Glasfaserbreitband ist billiger zu warten
Soviel zu den Vorteilen Breitbandverbindung über 5G. Es gibt aber auch eine Reihe von Nachteilen zu benennen. Zum Beispiel die Betriebskosten. Dank der Wartungskosten vor Ort und des Energieverbrauchs ist die Verwendung von Glasfaserbändern viel billiger als die Verwendung von 5G-Breitband. Nachdem die Kabel in die Erde verlegt werden, fallen praktisch keine Wartungskosten mehr an. Dadurch sind die Wartungskosten sehr gering. Dies steht im Gegensatz zu den Sendemasten, die für 5G benötigt werden. Die müssen sauber gehalten werden und sind empfindlich gegen Wetterbedingungen und zum Beispiel Brandstiftung.
Es wird geschätzt, dass die Betriebskosten von 5G-Breitband 5x höher sind als die von Glasfasern. Für Betreiber (operators) kann dies interessant sein, da die Anfangsinvestition niedrig ist. So ist zwar die Netzwerkwartung teuer, jedoch kann die Breitbandverbindung für mehr genutzt werden als 5G. 5G-Breitbandinfrastruktur ist die gleiche Infrastruktur, die für die mobile Telefonie gebraucht wird.
Die Installation von 5G-Breitband bietet daher mehrere Vorteile.

Inhouse Empfang
5G wählt die Funktechnologie für die Verwendung von Hochfrequenz. Hochfrequenzwellen haben eine kürzere Reichweite, bieten jedoch ein schnelleres Internet. Aber auch kurze Wellen können leichter gehindert werden, selbst Baumblätter können stören. Da bei Neubau viel wert auf Nachhaltigkeit gelegt wird, wird viel Isolation und Dämmung verwendet. Dies begrenzt die Reichweite von Radiowellen. Bei 4G haben wir bereits das Problem, dass die Reichweite in Neubauten begrenzt ist und bei 5G wird dieses weiter erschweren. Eine Außenantenne ist dann die Lösung.

Ist 5G gesundheitsschädlich?
Viele Menschen sind besorgt über die gesundheitlichen Auswirkungen von 5G. Im Februar 2020 zählte die Bundesnetzagentur bundesweit mehr als 85.000 Mobilfunkstandorte. Diese Zahl dürfte mit der 5G-Erweiterung zunehmen. In der Diskussion geht es beispielsweise darum, Dächer öffentlicher Gebäude für neue Mobilfunkmasten zugänglicher zu machen.
Um festzustellen, ob die Strahlung einen Einfluss auf die Gesundheit hat, wird die Strahlung von 5G mit aktuellen strahlungserzeugenden Technologien verglichen. Die elektromagnetische Strahlung von 5G ist eine nichtionisierende Strahlung. Dies bedeutet, dass die Strahlung eine niedrigere Frequenz hat als die ionisierende Strahlung von beispielsweise Röntgenstrahlen oder radioaktiver Strahlung. So kann man den Schluss ziehen, dass 5G nicht die gleichen gesundheitsschädlichen Auswirkungen hat wie ionisierende Strahlung. Die Strahlung ist so gering, dass sie nach allgemein geltenden Normen nicht oder kaum schädlich ist.

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Obwohl 5G die gleiche Strahlung wie 2G, 3G oder 4G sendet, gibt es einen Unterschied wie die Signale empfangen werden: 5G kann zwar schwieriger durch Wände durchdringen, jedoch werden nur in dem Moment, wenn der Benutzer eine Verbindung herstellt (Beamforming) die Strahlen gebündelt beim 5G-Mast. Ein Vorteil ist, dass beispielsweise Smartphones weniger Kontakt für die Kommunikation benötigen. Eine geringere Leistung kann daher die gesamte Aussetzung an Strahlen verringern.
Zudem gibt auch weniger elektromagnetische Felder in unmittelbarer Nähe. 5G nutzt hohe Funkfrequenzen, die weniger weit in den Körper eindringen als 3G- oder 4G-Strahlung. Es wird also mehr Masten geben, um die gleiche gute Deckung zu gewährleisten.
Derzeit wird geforscht in wie weit diese Strahlung auf lange Sicht schädlich ist. Es bleibt daher wichtig diese Ergebnisse im Auge zu behalten.

Ersetzt 5G nun Glasfaser auf der letzten Meile oder nicht?
Nein, 5G ersetzt nicht eine Glasfaserverbindung, bietet jedoch eine gute Alternative für den letzten Kilometer für einen schnellen Internetzugang. Es werden immer Glasfaser benötigt, um die Antennen anzuschließen. Kurzfristig, innerhalb von 5 Jahren, werden mit 5G noch keine Geschwindigkeiten erreicht, die mit Glasfaser gemessen werden können und vergleichbar wären. Erst ab einer Frequenz höher als 3500 MHz werden Geschwindigkeiten erreicht, die gleich oder höher sind als Glasfaser. Die Entscheidung für Glasfaser ist noch immer eine gute Wahl.

Quellen:
https://www.ericsson.com/en/networks/offerings/fixed-wireless-access

https://breedbandhk.nl/content/glasvezel-versus-5g

https://www.telecompaper.com/nederlands/dossiers/5g-veilingen-int

https://www.kennisplatform.nl/wat-betekent-5g-voor-de-gezondheid/

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