LTE und 5G im Vergleich: Architektur, Übertragung und Einsatzgebiete

Mobilfunk ist aus dem alltäglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Die stetige Weiterentwicklung mobiler Endgeräte wie Smartphones, Tablets und Laptops hat den Bedarf an leistungsfähigen, schnellen und zuverlässigen Mobilfunkverbindungen kontinuierlich erhöht. Als Antwort wurde der Mobilfunkstandard der 4. Generation Long Term Evolution (LTE) entwickelt, der im Vergleich zu seinen Vorgängern deutlich höhere Datenraten und geringere Latenzen ermöglicht.

Mit dem fortschreitenden technologischen Wandel stießen jedoch auch die Möglichkeiten von LTE zunehmend an ihre Grenzen. Insbesondere neue Anwendungsfelder wie das Internet der Dinge (IoT), industrielle Automatisierung oder autonome Systeme stellen Anforderungen, die über klassische mobile Datenkommunikation hinausgehen. Vor diesem Hintergrund wurde mit 5G eine weitere Mobilfunkgeneration entwickelt, die hohe Datenraten, geringe Latenzen, hohe Zuverlässigkeit und eine flexible Netzarchitektur unterstützt. Im Oktober 2025 waren rund 95 % der Fläche Deutschlands durch mindestens einen Netzbetreiber mit 5G versorgt.¹ Bereits 2021 waren in Deutschland mehr als 150 Millionen SIM-Karten registriert.²

Da sowohl LTE als auch 5G derzeit großflächig im Einsatz sind und die Entwicklung mobilfunkfähiger Geräte ein tiefgehendes technisches Verständnis voraussetzt, beschäftigt sich dieses Assignment mit den grundlegenden Eigenschaften beider Mobilfunkstandards. Ziel der Arbeit ist es, die technischen Details von LTE und 5G in den Bereichen Architektur, Übertragungseigenschaften, Modulationstechnik und Einsatzgebiete systematisch darzustellen und miteinander zu vergleichen.

Zu Beginn werden die notwendigen Hintergrundinformationen zu LTE und 5G erläutert. Es werden die Entwicklung der Mobilfunkstandards, Grundbegriffe der Mobilfunktechnik, Übertragungstechniken im Mobilfunk, Modulationsverfahren und MIMO näher beleuchtet. Im Anschluss werden in Kapitel 3 und 4 die technischen Grundlagen, Übertragungseigenschaften und Einsatzgebiete von LTE und 5G näher erläutert, um diese in Kapitel 5 final tabellarisch miteinander zu vergleichen. Im Schluss wird die Arbeit retrospektiv zusammengefasst, kritisch gewürdigt und ein Ausblick auf zukünftige Mobilfunkstandards gegeben.

Der Begriff Mobilfunk wird als Sammelbegriff für verschiedene Technologien zur Übertragung von Sprache und Daten an ortsveränderliche, also mobile Endgeräte verwendet.³ Im Laufe der Zeit wurden Mobilfunkgenerationen entwickelt, die jeweils höhere Kapazitäten und neue Dienste ermöglichten. Die Entwicklung des digitalen GSM-Systems begann in den 1980er-Jahren. Die CEPT richtete 1982 die Arbeitsgruppe „Groupe Spéciale Mobile“ ein; Anfang der 1990er-Jahre gingen die ersten kommerziellen GSM-Netze in Betrieb. Die europäischen Standardisierungsarbeiten wurden später bei ETSI fortgeführt. GSM nutzte zunächst vor allem den 900-MHz-Bereich und wurde anschließend um weitere Frequenzbereiche wie 1.800 MHz erweitert. Mit der wachsenden Internetnutzung kamen mobile Datendienste hinzu.

Für die Weiterentwicklung entstand 1998 das Partnerschaftsprojekt 3GPP, an dem regionale Standardisierungsorganisationen beteiligt sind. ETSI ist einer dieser Partner. Um die Jahrtausendwende wurden die Mobilfunksysteme der dritten Generation eingeführt, darunter UMTS und das separat standardisierte CDMA2000. LTE wurde mit 3GPP Release 8 im Jahr 2008 spezifiziert. Rund zehn Jahre später folgte die erste Phase der 5G-NR-Spezifikationen in Release 15.⁴⁴²

Ein Mobilfunknetz wird in Funkzugangsnetz und Kernnetz unterteilt. Das Funkzugangsnetz, das Radio Access Network (RAN), stellt die Funkverbindung zu mobilen Endgeräten her. Das Kernnetz, das Core Network (CN), organisiert den Netzzugang und verbindet Teilnehmer mit internen Diensten, anderen Teilnehmern und externen Datennetzen.⁵

Der öffentlich sichtbare Teil eines Mobilfunknetzes gehört zum Radio Access Network. Dazu zählen Basisstationen mit Antennen an Funktürmen, Masten oder Gebäuden. Die Standorte bilden Funkzellen und ermöglichen zusammen eine großflächige Versorgung sowie die Bewegung von Teilnehmern zwischen den Zellen. Das Funkzugangsnetz besteht aus vielen Tausend Standorten. Die Basisstationen werden über Transportverbindungen mit dem Kernnetz verbunden, beispielsweise durch Glasfaserleitungen oder Richtfunk.

Wie Funkressourcen gesteuert und Daten gebündelt werden, hängt von der Mobilfunkgeneration ab. Bei LTE und 5G übernehmen die Basisstationen selbst wesentliche Aufgaben der Funksteuerung. Mehrere Antennen ermöglichen die Übertragung und den Empfang von Funksignalen in verschiedenen Richtungen sowie den Einsatz von Mehrantennentechnik.⁶

Das Core Network bildet die logische und funktionale Mitte des Mobilfunknetzes. Es organisiert die Zulassung von Endgeräten, die Authentifizierung und die Bereitstellung von Datenverbindungen zu internen Diensten und externen Netzen. Hinzu kommen Mobilitätsverwaltung, die Zuordnung von Diensten und Qualitätsanforderungen sowie die Erzeugung von Abrechnungsdaten. Funkzugangsnetz und Kernnetz wirken bei der Mobilität der Teilnehmer zusammen; die genaue Aufgabenverteilung hängt von der Netzgeneration ab.

Für Betrieb, Abrechnung und gesetzlich geregelte Überwachungsfunktionen werden entsprechende Netzfunktionen und Schnittstellen bereitgestellt. Mit dem Wechsel der Mobilfunkgenerationen wurden Funktionen zusammengelegt, aufgeteilt und zunehmend auf virtualisierten Infrastrukturen umgesetzt. Im LTE-Kernnetz verwaltet der Home Subscriber Server (HSS) Teilnehmerdaten und unterstützt die Authentifizierung sowie die Freigabe tariflicher Dienste. Im 5G-Kernnetz werden vergleichbare Aufgaben auf Funktionen wie Unified Data Management (UDM) und Authentication Server Function (AUSF) verteilt.⁷

Die Leistungsfähigkeit moderner Mobilfunkstandards wie LTE und 5G basiert maßgeblich auf den eingesetzten Übertragungstechniken. Diese bestimmen, wie Daten effizient, zuverlässig und gleichzeitig von einer Vielzahl von mobilen Endgeräten über die Luftschnittstelle übertragen werden können. Im Folgenden werden die grundlegenden Übertragungstechniken wie Duplexverfahren, Mehrfachzugriffs- und Multiplexverfahren, Modulationstechniken und Mehrantennentechnik vorgestellt.

Bei den Duplexverfahren wird zwischen Frequency Division Duplex (FDD) und Time Division Duplex (TDD) unterschieden. Bei FDD liegen Downlink und Uplink auf getrennten Frequenzbereichen. Ein ausreichender Frequenzabstand ermöglicht den gleichzeitigen Betrieb beider Übertragungsrichtungen. TDD nutzt denselben Frequenzbereich abwechselnd für Downlink und Uplink. Die Trennung erfolgt zeitlich; Schutzzeiten ermöglichen das Umschalten der Senderichtung.

Endgeräte können beide Verfahren unterstützen, sofern Funkhardware und Netz dies vorsehen. Bei FDD ist das Spektrum für beide Richtungen getrennt zugewiesen. TDD erlaubt dagegen eine bedarfsgerechte Aufteilung der verfügbaren Zeitressourcen zwischen Downlink und Uplink. Dies ist besonders bei asymmetrischem Datenverkehr von Bedeutung.⁸

Mehrfachzugriffs- und Multiplexverfahren ermöglichen die gemeinsame Nutzung von Funkressourcen durch viele Endgeräte.⁹ Unterschieden werden unter anderem Raum-, Zeit- und Frequenzmultiplex. Beim Raummultiplex (SDM) werden räumliche Unterschiede genutzt, etwa durch getrennte Funkzellen oder gerichtete Antennenstrahlen. Beim Zeitmultiplex (TDM) teilen sich Teilnehmer einen Frequenzbereich und senden in unterschiedlichen Zeitabschnitten. Diese Zeitschlitze können in wiederkehrenden Rahmen organisiert werden. Werden sie mehreren Teilnehmern zugewiesen, spricht man von Time Division Multiple Access (TDMA).

Beim Frequenzmultiplex (FDM) werden unterschiedlichen Signalen getrennte Frequenzbereiche zugeordnet. Schutzabstände können gegenseitige Störungen begrenzen. Die Zuweisung verschiedener Frequenzressourcen an mehrere Teilnehmer wird als Frequency Division Multiple Access (FDMA) bezeichnet.¹⁰

Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) teilt einen Datenstrom auf viele schmalbandige Unterträger auf. Dadurch kann die Symboldauer gegenüber einer einzelnen schnellen Übertragung verlängert werden. Ein zyklisches Präfix erleichtert den Umgang mit Mehrwegeausbreitung. Die Unterträger sind orthogonal angeordnet, sodass sich ihre Spektren überlappen können. Werden Gruppen dieser Unterträger verschiedenen Endgeräten zugeteilt, entsteht Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA). Ein Endgerät kann dabei mehrere Unterträger gleichzeitig nutzen.¹¹

Die Übertragung über die Luftschnittstelle erfolgt mithilfe elektromagnetischer Wellen. Bei digitaler Modulation werden Bits auf Symbole abgebildet und Eigenschaften eines Trägers verändert. Bei Amplitude Shift Keying (ASK) wird die Amplitude umgeschaltet, bei Frequency Shift Keying (FSK) die Frequenz und bei Phase Shift Keying (PSK) die Phase.

Bei der Quadraturamplitudenmodulation (QAM) werden zwei orthogonale Komponenten überlagert: die Inphase- und die Quadratur-Komponente. Ihre Amplituden werden unabhängig voneinander eingestellt. Ein Verfahren mit M verschiedenen Symbolzuständen kann log₂(M) Bits je Modulationssymbol abbilden. So entsprechen 16-QAM vier, 64-QAM sechs, 256-QAM acht und 1024-QAM zehn Bits pro Symbol. Höhere Modulationsordnungen benötigen eine entsprechend gute Signalqualität. Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) verwendet vier Phasenlagen und überträgt zwei Bits pro Symbol.¹²

Mehrantennentechnik nutzt mehrere Sende- und Empfangsantennen. MIMO steht für Multiple Input Multiple Output und beschreibt Funksysteme mit mehreren Eingängen und Ausgängen. Antennenarrays ermöglichen unter anderem Beamforming, Antennendiversität und räumliches Multiplexing. Je nach Verfahren verbessern sie die Richtwirkung, die Robustheit der Verbindung oder die Zahl gleichzeitig übertragbarer Datenströme. Auch für die Ortung können mehrere Antennen genutzt werden.

Zur Beschreibung der Antennenkonfiguration wird häufig eine Schreibweise wie 2 × 2 verwendet. Ein solches System besitzt zwei Sende- und zwei Empfangsantennen. Wie viele unabhängige Datenströme tatsächlich übertragen werden können, hängt zusätzlich von den Funkbedingungen und der Verarbeitung in Basisstation und Endgerät ab.¹³

In diesem Kapitel werden die Architektur, die Übertragungseigenschaften, die Modulationstechnik und die Einsatzgebiete von LTE näher beleuchtet. Die Übertragungseigenschaften werden nach Datenraten, Latenzzeiten, Frequenzbändern und Antennentechnik aufgeschlüsselt.

Das LTE-Netz ist als reines IP-basiertes Datennetzwerk konzipiert. Die Datenübertragung erfolgt paketvermittelt, Ende zu Ende vom mobilen Endgerät bis zum Internet-Server. Klassische leitungsvermittelte Sprachdienste früherer Mobilfunkgenerationen sind in LTE nicht mehr Bestandteil der Netzarchitektur, sondern werden als IP-basierte Applikationen oberhalb der IP-Schicht realisiert. Die Netzstruktur ist deutlich vereinfacht und flach. Der zentrale neue Netzknoten im Zugangsnetz ist der evolved NodeB (eNB). Die aus früheren Generationen bekannten Radio Network Controller entfallen vollständig und somit wird eine komplette Netzebene eingespart. Der eNB übernimmt die vollständige Kontrolle der Funkverbindung zum Endgerät. Zusätzlich gehören zentrale Funktionen wie die Zuweisung von Funkressourcen und Übertragungsrechten, Überwachung und Regelung der Verbindungsqualität, die Leistungsregelung des mobilen Endgeräts und selbstständige Initiierung und Durchführung von Handovers zu benachbarten eNBs zu seinen zentralen Funktionen. Bei den eNodeBs wird auf einen modularen Aufbau gesetzt. Die Baseband-Unit (BBU) übernimmt die digitale Signalverarbeitung, einschließlich Codierung und Decodierung der Nutzdaten. Die Radio-Heads erzeugen das hochfrequente Sendesignal. Sie sind nahe an den Antennen installiert, um Übertragungsverluste zu minimieren, während die BBU räumlich getrennt und zentralisiert betrieben werden kann. Auch im Kernnetz erfolgt eine konsequente Ausrichtung auf paketvermittelte Dienste. Alle ausschließlich sprachvermittelnden Netzknoten, insbesondere das Mobile Switching Center (MSC), entfallen. Das Kernnetz besteht aus mehreren spezialisierten Knoten. Die Mobility Management Entity ist für die zentrale Steuerung des LTE-Netzes zuständig. Sie ist zudem verantwortlich für den Verbindungsaufbau und -abbau, Authentifizierung und Identitätsprüfung der Teilnehmer, Verwaltung der Mobilität, Auswahl des zugehörigen Gateways. Sie bedient in der Regel einen großen geografischen Bereich und ist nicht fest einem einzelnen Serving Gateway zugeordnet. Das Serving Gateway bildet zusammen mit dem Packet Data Network Gateway (PDN-GW) die zentrale Datenpipeline des LTE-Netzes. Es stellt den Übergabepunkt zwischen Zugangsnetz und Kernnetz dar und leitet den Datenverkehr bei Mobilitätsereignissen weiter. Das PDN-GW fungiert als IP-Router zwischen dem Mobilfunknetz und externen Datennetzen. Zusätzlich ist es verantwortlich für die Durchsetzung von Richtlinien zu Datenrate und -volumen, Firewall-Funktionen und die Anbindung an externe IP-Netze.¹⁴

Sprachdienste werden über das IP Multimedia Subsystem (IMS) bereitgestellt. Die Übertragung von SMS kann je nach Netzausführung über IMS oder über weitere Signalisierungs- und Kopplungsfunktionen erfolgen.

LTE unterstützt Kanalbandbreiten von 1,4, 3, 5, 10, 15 und 20 MHz. Die weltweit spezifizierten Betriebsbänder liegen in unterschiedlichen Frequenzbereichen. In Deutschland werden für LTE unter anderem die Bereiche um 800, 900, 1.800, 2.100 und 2.600 MHz genutzt. Die eingesetzte Bandbreite hängt vom Frequenzbestand und der Netzplanung des Betreibers ab.¹⁵

Latenz beschreibt die Zeit zwischen dem Senden und dem Empfang von Daten. Die Laufzeit für Hin- und Rückweg wird als Round Trip Time (RTT) bezeichnet. Ausbreitung, Übertragung, Verarbeitung und Wartezeiten tragen zur Verzögerung bei.¹⁶ Als Anforderung an die LTE-Nutzerdatenübertragung wurde unter günstigen Bedingungen eine Einweglatenz über die Funkschnittstelle von unter 5 ms angestrebt.¹⁷

Bei guten Funkbedingungen können beispielsweise mit einem 20-MHz-Kanal und passender MIMO-Konfiguration Datenraten von etwa 100–150 Mbit/s erreicht werden.¹⁸ Carrier Aggregation verbindet mehrere Komponententräger. So kann ein Endgerät je nach Kategorie und Netzausbau zusätzliche Frequenzressourcen nutzen. Downlink und Uplink können dabei unterschiedlich konfiguriert sein; im Downlink sind beispielsweise Bündelungen mit insgesamt 40–80 MHz möglich.¹⁹ LTE unterstützt sowohl FDD als auch TDD.²⁰

Im Downlink wird OFDMA verwendet. Dabei werden Daten parallel über mehrere orthogonale Unterträger übertragen.²¹ Im Uplink kommt SC-FDMA zum Einsatz, auch als DFT-gespreiztes OFDM bezeichnet. Die Modulationssymbole werden vor der Zuordnung auf Unterträger mit einer diskreten Fouriertransformation verarbeitet. Dadurch ist das Verhältnis von Spitzenleistung zu mittlerer Leistung günstiger, was den Leistungsverstärker im Endgerät entlastet.²² LTE nutzt außerdem MIMO: Bei geeigneten Funkbedingungen können beispielsweise zwei oder vier räumliche Datenströme gleichzeitig übertragen werden.

Die OFDM-Unterträger werden mit Verfahren wie QPSK, 16-QAM, 64-QAM oder 256-QAM moduliert. Die Auswahl richtet sich unter anderem nach der Signalqualität und der Unterstützung durch Netz und Endgerät.²³ Bei 15 kHz Unterträgerabstand beträgt die nutzbare OFDM-Symboldauer rund 66,67 µs; hinzu kommt das zyklische Präfix. QPSK bildet zwei Bits je Modulationssymbol ab, 16-QAM vier, 64-QAM sechs und 256-QAM acht. Mit höherer Modulationsordnung steigt die übertragbare Bitzahl pro Symbol.²⁴³⁹

Als IP-basiertes Datennetz eignet sich LTE für unterschiedliche Anwendungen. Im öffentlichen Mobilfunk ermöglicht Voice over LTE (VoLTE) Sprachdienste über das IP Multimedia Subsystem. Ergänzende IMS-Dienste ermöglichen Videotelefonie. WLAN Calling stellt eine weitere Zugangsmöglichkeit für Sprachdienste bereit, wenn beispielsweise innerhalb von Gebäuden keine ausreichende Mobilfunkversorgung besteht.²⁵

Ein weiteres Einsatzgebiet ist die betriebliche und einsatzkritische Kommunikation. Push-to-Talk-Dienste ermöglichen Gruppenkommunikation. Für Rettungs- und Sicherheitsorganisationen wurde mit Mission Critical Push to Talk (MCPTT) ein standardisierter Dienst geschaffen, der unter anderem über LTE genutzt werden kann.²⁶

Auch das Internet der Dinge nutzt Mobilfunk zur Verbindung von Geräten und Sensoren. LTE-basierte Weiterentwicklungen wie LTE-M und NB-IoT unterstützen Anwendungen mit besonderen Anforderungen an Energieverbrauch, Reichweite oder Datenvolumen.²⁷

Ein 5G-Netz unterstützt gegenüber LTE erweiterte Anforderungen und eine flexible Funktionsaufteilung. Im 5G-Kernnetz können softwarebasierte Netzfunktionen auf virtualisierten Infrastrukturen und in Betreiber-Clouds ausgeführt werden. Steuerungsfunktionen tauschen Nachrichten über standardisierte Schnittstellen einer servicebasierten Architektur aus.

Die Access and Mobility Management Function (AMF) übernimmt Netzzugangs- und Mobilitätsaufgaben. Bei der Authentifizierung arbeitet sie mit der Authentication Server Function (AUSF) und dem Unified Data Management (UDM) zusammen. Die Session Management Function (SMF) verwaltet Datensitzungen und steuert die User Plane Function (UPF). Die UPF verarbeitet und transportiert die Nutzdaten zwischen Funkzugangsnetz und externen Datennetzen. Die Policy Control Function (PCF) stellt Richtlinien für Dienste, Qualität und Ressourcen bereit. Das UDM verwaltet Teilnehmerinformationen. Weitere Funktionen unterstützen unter anderem Abrechnung, Netzbetrieb und Dienstbereitstellung.²⁸⁴¹

Im Funkzugangsnetz verbindet die gNodeB (gNB) die Endgeräte mit dem Netz. Sie übernimmt wichtige Funksteuerungsfunktionen wie Ressourcenvergabe und Scheduling. Eine gNB kann in zentrale und verteilte Einheiten aufgeteilt werden. Bei 5G Standalone wird das neue 5G-Kernnetz verwendet. Bei verbreiteten Non-Standalone-Ausführungen arbeiten LTE und 5G zusammen; eine LTE-Basisstation übernimmt dabei die Ankerfunktion.³⁷

5G New Radio (NR) unterstützt größere Kanalbandbreiten als LTE. Im Frequenzbereich FR1 sind bis zu 100 MHz pro Träger möglich; im Bereich FR2-1 bis zu 400 MHz. FR1 umfasst 410 MHz bis 7,125 GHz. FR2-1 reicht von 24,25 bis 52,6 GHz; FR2-2 erweitert den Frequenzbereich auf 52,6 bis 71 GHz. Niedrigere Frequenzen eignen sich besonders für eine größere Flächenversorgung. Hohe Frequenzen ermöglichen große zusammenhängende Bandbreiten, erfordern wegen ihrer Ausbreitungseigenschaften jedoch ein dichteres Standortnetz.²⁹³⁵

Zu den Leistungsanforderungen für IMT-2020 gehören theoretische Spitzendatenraten von 20 Gbit/s im Downlink und 10 Gbit/s im Uplink. Für das Anwendungsszenario eines dicht besiedelten städtischen Gebiets werden nutzerbezogene Datenraten von 100 Mbit/s im Downlink und 50 Mbit/s im Uplink betrachtet.³⁰³⁸

Ein 5G-Funkrahmen dauert 10 ms und enthält Subframes von jeweils 1 ms. Die Slotlänge hängt von der gewählten Numerologie und dem Unterträgerabstand ab. Bei 15, 30, 60 beziehungsweise 120 kHz betragen Slotlängen beispielsweise 1, 0,5, 0,25 beziehungsweise 0,125 ms. Für die Nutzerdatenlatenz über die Funkschnittstelle nennt IMT-2020 unter definierten Bedingungen Anforderungen von 4 ms für Enhanced Mobile Broadband (eMBB) und 1 ms für Ultra-Reliable and Low-Latency Communications (URLLC).³⁶³⁸

5G unterstützt FDD und TDD. Bei TDD wird die gemeinsame Trägerfrequenz zeitlich zwischen Uplink und Downlink aufgeteilt. Massive MIMO kombiniert eine große Zahl von Antennenelementen, beispielsweise 64, mit räumlicher Signalverarbeitung. Durch Multi-User-Beamforming können mehrere gerichtete Funkverbindungen gleichzeitig bedient werden.³¹³⁵ Wie LTE nutzt 5G OFDMA. Im Uplink ist zusätzlich DFT-gespreiztes OFDM möglich.³²³⁶

Auch 5G verwendet QPSK und unterschiedliche QAM-Verfahren. 64-QAM überträgt sechs, 256-QAM acht und 1024-QAM zehn Bits je Modulationssymbol. 1024-QAM wird seit Release 17 für den Downlink in FR1 unterstützt. Die nutzbare Modulationsordnung richtet sich nach der Signalqualität und den Fähigkeiten von Netz und Endgerät. Bei gleicher Symbolrate und Codierung steigt die reine Bitzahl je Modulationssymbol beim Wechsel von 64-QAM auf 256-QAM um rund 33 % und beim Wechsel auf 1024-QAM um rund 67 %.³³⁴⁰

Die Einsatzgebiete von 5G sind vielfältig. Zu ihnen gehört z. B. die Fertigung für Fernsteuerung bzw. Bewegungssteuerung und Überwachung von Geräten wie Robotern, Maschine-zu-Maschine-Kommunikation, Augmented Reality und Virtual Reality. Außerdem profitieren Kraftfahrzeuge durch Platooning, Infotainment, autonome Fahrzeuge, Aktualisierung hochauflösender Landkarten, Fernwartung und Softwareupdates von 5G. In der Unterhaltungsbranche kann 5G für mobiles UHD-Videostreaming, Stadionerlebnis, VR, kooperative Medienproduktion von Bedeutung sein. Die Energiebranche nutzt 5G zur Netzsteuerung und -überwachung, Vernetzung von Windparks und intelligentes Laden von Elektrofahrzeugen. In der Landwirtschaft bietet 5G die Möglichkeit zur Vernetzung von Sensoren und Landmaschinen sowie der Drohnensteuerung. Weitere Einsatzgebiete für 5G sind die öffentliche Sicherheit, das Gesundheitswesen und Megacities.³⁴

Die folgende Tabelle stellt die Architektur, Funkübertragung und Einsatzgebiete von LTE und 5G gegenüber.

Vergleich von LTE und 5G.^{35363738394041}

In dieser Arbeit wurden die Mobilfunkstandards LTE und 5G hinsichtlich ihrer Architektur, Übertragungseigenschaften, Modulationstechniken und Einsatzgebiete analysiert und miteinander verglichen. Nach der Darstellung der grundlegenden Prinzipien der mobilen Kommunikation wurden die technischen Merkmale beider Standards systematisch aufgearbeitet. Es zeigte sich, dass LTE einen wesentlichen Fortschritt gegenüber früheren Mobilfunkgenerationen darstellt. Die konsequente IP-basierte Netzarchitektur, effiziente Übertragungstechniken wie OFDMA, MIMO und Carrier Aggregation sowie die Unterstützung hoher Datenraten machen LTE bis heute zu einer tragfähigen Grundlage des mobilen Breitbandzugangs. Mit 5G wurde dieses Konzept grundlegend erweitert. Neben deutlich höheren Datenraten ermöglicht 5G durch große Bandbreiten, sehr geringe Latenzen, Cloud-basierte Netzfunktionen und fortschrittliche Antennentechniken die Unterstützung neuer, teilweise latenz- und zuverlässigkeitskritischer Anwendungen. Damit geht 5G über eine reine Weiterentwicklung von LTE hinaus und stellt eine flexible Kommunikationsplattform für unterschiedlichste Einsatzgebiete dar.

Die Weiterentwicklung der Mobilfunktechnik richtet sich auf softwarebasierte, flexible Netze. 5G-Advanced baut auf 5G auf und entwickelt dessen Funk- und Netzfunktionen weiter. Parallel wird an 6G geforscht, unter anderem mit Blick auf höhere Datenraten, geringere Latenzen und die stärkere Integration intelligenter Netzfunktionen.

Das Themengebiet der Mobilfunktechnik ist sehr umfangreich. Aufgrund der technologisch sehr weit entwickelten Standards befinden sich die Zusammenhänge auf einem hohen Komplexitätsniveau. Aufgrund des begrenzten Umfangs konnten nicht alle Details erläutert und verglichen werden. Der Fokus dieser wissenschaftlichen Arbeit lag auf dem Aufbau und der Architektur, den Übertragungseigenschaften und den Einsatzgebieten. In einer weiteren Arbeit könnten Themen wie das Netzwerkmanagement, die Sicherheitsfunktionen und die Energiebilanz von LTE und 5G betrachtet werden.