Was ist 4G? Das Wichtigste in Kürze (2023)

Was ist 4G?

Die Welt der Mobilfunknetze hat seit den Anfängen von 1G einen langen Weg zurückgelegt. Jetzt befinden wir uns in der Ära von 4G und 5G, auch bekannt als die vierte und fünfte Generation der mobilen Netzwerktechnologie.

Aber was genau ist 4G und wie wirkt es sich auf unser tägliches Leben aus? In diesem Blog-Beitrag erläutern wir die Vor- und Nachteile von 4G, seine wichtigsten Komponenten und die Vorteile, die es sowohl für Nutzer als auch für Anwendungen bietet.

Zusammenfassung

• 4G ist die vierte Generation der mobilen Netzwerktechnologie, die im Vergleich zu 3G schnellere Geschwindigkeiten und höhere Kapazitäten bietet.
• 4G LTE hat die mobile Kommunikation mit seiner schnellen, zuverlässigen und effizienten Verbindung für Nutzer revolutioniert.
• 5G koexistiert bereits mit 4G und bietet mehr Bandbreite und geringere Latenzzeiten für ein besseres Nutzererlebnis.

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4G verstehen: Die vierte Generation der mobilen Netzwerktechnologie

4G ist die neueste und beste Technologie für Mobilfunknetze, die im Vergleich zu ihrem Vorgänger 3G schnellere Geschwindigkeiten und höhere Kapazitäten bietet. 4G wurde in den späten 2000er Jahren entwickelt und ist seitdem für mobile Geräte weltweit verfügbar. Es basiert auf einer All-IP-Netzwerkinfrastruktur und verwendet MIMO- und OFDM-Technologien, um eine hohe Bandbreite für die Nutzer zu gewährleisten.

Die International Telecommunication Union (ITU) definiert 4G als ein System, das die in International Mobile Telecommunications Advanced (IMT Advanced) beschriebenen Fähigkeiten erfüllt. Dazu gehören Technologien wie LTE, WiMAX und HSPA+, die für theoretische Datengeschwindigkeiten von bis zu 100 Mbit/s für die hochmobile Kommunikation und 1 Gbit/s für die niedrigmobile Kommunikation entwickelt wurden.

WiMAX und LTE waren ursprünglich konkurrierende Ansätze für die 4G-Mobilfunktechnologie. WiMAX wurde 2006 in Südkorea eingeführt und LTE 2009 in Oslo und Stockholm. LTE hat sich jedoch zum vorherrschenden Standard für Mobilfunkanbieter weltweit entwickelt, vor allem aufgrund der Verwendung von Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) für eine schnellere und zuverlässigere Datenübertragung.

Infolgedessen hat 4G die Mobilfunktechnologie revolutioniert und die breite Nutzung von Mobiltelefonen, Tablets und anderen vernetzten Geräten ermöglicht.

Entwicklung von 3G zu 4G

Der Übergang von 3G zu 4G war von bedeutenden Fortschritten in der mobilen Netzwerktechnologie geprägt. Während 3G auf einer Kombination aus leitungsvermittelnden und paketvermittelnden Netzwerkknoten basierte, basiert 4G ausschließlich auf der Paketvermittlung, was eine effizientere Datenübertragung ermöglicht.

Die erste Version des WiMAX-Standards wurde 2006 in Südkorea eingeführt, gefolgt von der Einführung von LTE (Long Term Evolution), einer Vor-4G 3GPP-Technologie, in Oslo und Stockholm im Jahr 2009. Diese frühen 4G-Technologien führten höhere Bandbreitengeschwindigkeiten ein und legten den Grundstein für die Entwicklung fortschrittlicher 4G-Übertragungstechnologien wie LTE Advanced, die die IMT Advanced-Spezifikationen der ITU erfüllen und übertreffen.

Der Wechsel von 3G zu 4G hat zahlreiche Vorteile für Nutzer und Anwendungen mit sich gebracht. Schnellere Datengeschwindigkeiten, verbesserte Netzwerkkapazität und geringere Latenzzeiten sind nur einige der Vorteile, die 4G zu bieten hat. Diese Verbesserungen haben eine neue Generation von mobilen Geräten und Anwendungen ermöglicht, die die Art und Weise, wie wir leben, arbeiten und kommunizieren, verändert.

4G LTE: Ein Schritt nach vorn

4G LTE hat die Welt der mobilen Netzwerktechnologie grundlegend verändert. LTE steht für Long Term Evolution und stellt einen bedeutenden Fortschritt in der mobilen Kommunikation dar. Es bietet höhere Datengeschwindigkeiten und eine verbesserte Netzwerkkapazität im Vergleich zu früheren Generationen. LTE wurde erstmals 2009 in Stockholm und Oslo eingeführt und hat sich seitdem zum Standard für Mobilfunkanbieter weltweit entwickelt.

LTE und sein Nachfolger, LTE Advanced, nutzen zusätzliche Spektren und Multiplexing-Techniken, um schnellere Datengeschwindigkeiten und eine größere Netzwerkkapazität zu erreichen. Mit Spitzen-Datenraten von bis zu 100 Mbit/s im Downlink und 50 Mbit/s im Uplink ermöglicht LTE schnellere und zuverlässigere Verbindungen für eine Vielzahl von Mobilgeräten, darunter Smartphones, Tablets und IoT-Geräte.

Infolgedessen hat 4G LTE die Mobilfunklandschaft revolutioniert und bietet den Nutzern ein schnelles, zuverlässiges und effizientes Mittel, um in der heutigen schnelllebigen Welt in Verbindung zu bleiben.

Schlüsselkomponenten der 4G-Technologie

Die 4G-Technologie basiert auf drei Schlüsselkomponenten: Multiple Input, Multiple Output (MIMO), Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) und All-IP-Netzwerke. Diese Technologien arbeiten zusammen, um die schnellen Datengeschwindigkeiten, die erhöhte Kapazität und die verbesserte Netzwerkleistung zu ermöglichen, die 4G von seinen Vorgängern unterscheidet.

Bei der MIMO-Technologie werden mehrere Antennen sowohl am Sender als auch am Empfänger verwendet, um mehrere Datenströme gleichzeitig zu senden und so die Kapazität und Geschwindigkeit des Netzwerks zu erhöhen. OFDM ist eine digitale Mehrträgermodulationstechnik, die Übertragungen in kleinere Pakete aufteilt und verschiedenen Nutzern unterschiedliche Frequenzen zuweist. So wird sichergestellt, dass gleichzeitige Übertragungen sich nicht gegenseitig stören und schnellere und zuverlässigere Verbindungen entstehen.

All-IP-Netzwerke hingegen nutzen das Internet-Protokoll (IP) für die gesamte Kommunikation, was eine effizientere Datenübertragung und eine vereinfachte Netzwerkverwaltung für die Anbieter von Mobilfunknetzen ermöglicht.

Mehrere Eingänge, mehrere Ausgänge (MIMO)

MIMO (Multiple Input Multiple Output) ist eine entscheidende Komponente der 4G-Technologie, die die Netzwerkleistung erheblich verbessert, da mehr Nutzer gleichzeitig unterstützt werden können. Durch den Einsatz mehrerer Antennen sowohl am Sender als auch am Empfänger ermöglicht MIMO die gleichzeitige Übertragung und den Empfang mehrerer Datenströme. Dies erhöht die Kapazität und die Geschwindigkeit des Netzwerks erheblich und verbessert das allgemeine Nutzererlebnis.

Die MIMO-Technologie ermöglicht es, Hochgeschwindigkeitsdaten in einem Fading-Kanal zuverlässiger zu übertragen. Dies wird durch die Verwendung mehrerer Antennen am Sender und/oder Empfänger erreicht. Dies führt zu einer besseren Netzwerkleistung, schnelleren Datengeschwindigkeiten und einer zuverlässigeren Verbindung für die Benutzer.

Orthogonales Frequenzmultiplexing (OFDM)

Orthogonales Frequenzmultiplexing (OFDM) ist eine weitere Schlüsselkomponente der 4G-Technologie, die zu ihrer verbesserten Leistung gegenüber früheren Generationen von Mobilfunknetzen beiträgt. OFDM ist ein digitales Mehrträgermodulationsverfahren, das Übertragungen in kleinere Teile aufteilt und den verschiedenen Nutzern unterschiedliche Frequenzen zuweist. Da gleichzeitige Übertragungen möglich sind, ohne sich gegenseitig zu stören, bietet OFDM schnellere und zuverlässigere Verbindungen für die Nutzer.

Der Einsatz von OFDM in der 4G-Technologie ermöglicht schnellere Datengeschwindigkeiten, eine höhere Kapazität und eine verbesserte Netzwerkleistung im Vergleich zu den Technologien, die 3G angetrieben haben. Damit ist 4G ideal für die Unterstützung einer breiten Palette von Anwendungen und Diensten, vom mobilen Internet und Video-Streaming bis hin zu drahtlosen Breitband- und IoT-Geräten.

All-IP-basierte Netzwerke

All-IP-Netzwerke sind eine wichtige Komponente der 4G-Technologie, da sie eine effizientere Datenübertragung und eine vereinfachte Netzwerkverwaltung für Mobilfunkanbieter ermöglichen. Im Gegensatz zu früheren Generationen von Mobilfunknetzen, die eine Kombination aus leitungsvermittelnden und paketvermittelnden Netzknoten verwendeten, basiert 4G ausschließlich auf der Paketvermittlung. Dies ermöglicht eine schnellere und zuverlässigere Datenübertragung, was letztlich zu einem besseren Benutzererlebnis führt.

All-IP-Netzwerke nutzen das Internet Protocol (IP) für die gesamte Kommunikation und unterstützen sowohl die Sprach- als auch die Datenübertragung über dieselbe Netzwerkinfrastruktur. Dies vereinfacht nicht nur die Netzwerkverwaltung für Mobilfunkanbieter, sondern ermöglicht auch eine effizientere Nutzung der Netzwerkressourcen, wovon letztlich die Nutzer durch eine verbesserte Netzwerkleistung und schnellere Datengeschwindigkeiten profitieren.

Vorteile von 4G für Benutzer und Anwendungen

Die Einführung der 4G-Technologie hat eine Vielzahl von Vorteilen für Benutzer und Anwendungen mit sich gebracht. Zu den bemerkenswertesten Vorteilen gehören höhere Datengeschwindigkeiten, geringere Latenzzeiten und die Einführung von Voice over LTE (VoLTE). Diese Vorteile haben eine neue Generation von mobilen Geräten und Anwendungen ermöglicht, die die Art und Weise, wie wir leben, arbeiten und kommunizieren, verändert.

Dank schnellerer Datenübertragungsgeschwindigkeiten können Benutzer viel schneller auf ihre Daten zugreifen, was das Benutzererlebnis insgesamt verbessert. Geringere Latenzzeiten sorgen für eine zuverlässigere Datenübertragung, was besonders wichtig für Anwendungen ist, die eine schnelle Reaktion erfordern, wie z. B. Online-Spiele. Die VoLTE-Technologie ermöglicht qualitativ hochwertige Sprachanrufe und Videochats über 4G-Netzwerke und bietet den Nutzern ein nahtloses Kommunikationserlebnis.

Verbesserte Datengeschwindigkeiten

Einer der wichtigsten Vorteile der 4G-Technologie sind die höheren Datengeschwindigkeiten, die sie bietet. Mit theoretischen Geschwindigkeiten von bis zu 100 Mbit/s für Kommunikation mit hoher Mobilität und 1 Gbit/s für Kommunikation mit geringer Mobilität bietet 4G eine deutlich schnellere Datenübertragung als 3G.

Diese Verbesserung der Datengeschwindigkeiten, einschließlich der Download-Geschwindigkeiten, ermöglicht es den Nutzern, viel schneller auf ihre Daten zuzugreifen, was das allgemeine Nutzererlebnis verbessert und eine neue Generation von mobilen Geräten und Anwendungen ermöglicht.

Diese schnelleren Datengeschwindigkeiten ermöglichen es den Nutzern, hochauflösende Videos zu streamen, Online-Spiele zu spielen und mühelos auf ihre datenintensiven Anwendungen zuzugreifen. Damit hat die 4G-Technologie nicht nur die Art und Weise verändert, wie wir unsere mobilen Geräte nutzen, sondern auch neue Möglichkeiten für Unternehmen und Verbraucher eröffnet.

Reduzierte Latenzzeit

Ein weiterer bemerkenswerter Vorteil der 4G-Technologie ist die geringere Latenzzeit im Vergleich zu 3G-Netzen. Unter Latenz versteht man die Zeit, die für das Senden und Empfangen von Daten zwischen Geräten benötigt wird. Eine geringere Latenz sorgt für eine schnellere und zuverlässigere Datenübertragung. Diese Verbesserung der Latenzzeit ist besonders wichtig für Anwendungen, die eine schnelle Reaktion erfordern, wie z. B. Online-Spiele, bei denen eine kürzere Verzögerung das Benutzererlebnis erheblich verbessern kann.

Die geringere Latenzzeit in 4G-Netzwerken kommt auch anderen Anwendungen wie Videokonferenzen, Live-Streaming und Fernarbeit zugute. Durch die schnellere und zuverlässigere Datenübertragung ermöglicht die 4G-Technologie den Nutzern eine effektivere Kommunikation und Zusammenarbeit, was letztlich die Produktivität und Konnektivität erhöht.

Sprache über LTE (VoLTE)

Voice over LTE (VoLTE) ist eine bahnbrechende Technologie, die qualitativ hochwertige Sprachanrufe und Videochats über 4G-Netze ermöglicht. Anders als herkömmliche Sprachanrufe, die über leitungsvermittelte Netze übertragen werden, werden VoLTE-Anrufe als digitale Pakete über 4G-LTE-Netze übertragen und bieten den Nutzern ein nahtloses Kommunikationserlebnis. Dies führt nicht nur zu einer besseren Gesprächsqualität, sondern ermöglicht auch schnellere Gesprächsaufbauzeiten und eine längere Akkulaufzeit für mobile Geräte.

Die VoLTE-Technologie bietet außerdem den zusätzlichen Vorteil, dass Nutzer gleichzeitig Daten nutzen und Sprachanrufe tätigen können, so dass sie während eines Anrufs im Internet surfen oder ihre Apps nutzen können. Dieses Maß an Multitasking war mit 3G-Netzen nicht möglich, was VoLTE zu einem bedeutenden Fortschritt in der mobilen Kommunikation macht.

4G und IoT: Chancen und Herausforderungen

Während die 4G-Technologie die mobile Kommunikation revolutioniert hat, bringt sie auch einige Einschränkungen mit sich, wenn es um IoT-Geräte geht. Hoher Stromverbrauch, begrenzte Reichweite und Kosten sind einige der größten Herausforderungen für IoT-Geräte bei der Nutzung von 4G-Netzwerken.

LTE-M, eine Art Low-Power-Wide-Area-Network (LPWAN), das speziell für IoT-Geräte entwickelt wurde, bietet jedoch eine Lösung für diese Herausforderungen. LTE-M bietet schnelle Datenraten, stromsparende Funktionen und erschwingliche Komponenten, was es zu einer idealen Lösung für IoT-Konnektivität macht.

Durch die zuverlässige und kosteneffiziente Anbindung von IoT-Geräten an das 4G-Netz ermöglicht LTE-M Unternehmen, Geld zu sparen, effizienter zu werden und sogar mehr Einnahmen zu erzielen.

Beschränkungen von 4G für IoT-Geräte

Einer der Hauptnachteile der 4G-Technologie für IoT-Geräte ist der hohe Stromverbrauch, der für batteriebetriebene Geräte, die eine ständige Verbindung benötigen, ein großes Problem darstellen kann. Außerdem unterstützen 4G-Netzwerke kein Netzwerk-Roaming, d.h. die Geräte müssen mit demselben Netzwerk verbunden bleiben, um kommunizieren zu können. Dies kann für IoT-Geräte problematisch sein, die über verschiedene Netzwerke oder geografische Standorte hinweg arbeiten müssen.

Eine weitere Herausforderung für IoT-Geräte bei der Nutzung von 4G-Netzwerken ist die begrenzte Abdeckung und die punktuellen Netzwerkverbindungen, die in bestimmten Gebieten auftreten können. Zwar haben 4G-Netzwerke erhebliche Fortschritte bei der Netzabdeckung gemacht, aber es gibt immer noch Gebiete, in denen die Netzwerkkonnektivität nicht so stark oder zuverlässig ist, wie es für die optimale Funktion von IoT-Geräten erforderlich wäre.

LTE-M: Eine Lösung für IoT-Konnektivität

Um die Grenzen der 4G-Technologie für IoT-Geräte zu überwinden, hat sich LTE-M als vielversprechende Lösung erwiesen. LTE-M, oder Long-Term Evolution Machine Type Communication, ist eine Art von Low-Power Wide-Area Network (LPWAN), das speziell für IoT-Geräte entwickelt wurde. Es bietet schnelle Datenübertragungsraten, energiesparende Funktionen und kostengünstige Komponenten, was es zu einer idealen Lösung für IoT-Konnektivität macht.

Durch die Nutzung der bestehenden 4G-LTE-Infrastruktur ermöglicht LTE-M IoT-Geräten die Übertragung von mehr Daten bei geringerem Stromverbrauch. Außerdem unterstützt LTE-M den Energiesparmodus (PSM) und den unterbrochenen Empfang (DRX), um den Stromverbrauch im Leerlauf weiter zu senken. Diese Kombination von Funktionen macht LTE-M zu einer äußerst attraktiven Option für Unternehmen, die IoT-Lösungen implementieren und gleichzeitig die Auswirkungen auf ihre bestehende Netzwerkinfrastruktur und -ressourcen minimieren möchten.

Die Zukunft von 4G und der Übergang zu 5G

Wenn wir in die Zukunft blicken, werden 4G-Netzwerke auch dann noch relevant bleiben, wenn der Übergang zur 5G-Technologie an Fahrt gewinnt. Man schätzt, dass bis 2025 zwei Drittel aller Mobilfunkverbindungen 4G sein werden, was die anhaltende Bedeutung dieser Technologie in den kommenden Jahren unterstreicht.

Das Aufkommen von 5G-Netzen bringt jedoch eine Reihe von Vorteilen mit sich, darunter eine höhere Bandbreite mit Spitzengeschwindigkeiten von bis zu 20 Gbit/s, die sowohl für Nutzer als auch für Anwendungen erhebliche Vorteile bieten.

Der Übergang von 4G zu 5G wird nicht über Nacht erfolgen, und es ist wahrscheinlich, dass beide Technologien auf absehbare Zeit nebeneinander bestehen werden. Mit dem weiteren Ausbau der 5G-Netze können Unternehmen und Verbraucher noch fortschrittlichere mobile Geräte und Anwendungen erwarten, die die Art und Weise, wie wir leben, arbeiten und kommunizieren, weiter verändern werden.

Verbleibende Relevanz von 4G-Netzen

Trotz der laufenden Entwicklung und Einführung von 5G-Netzwerken wird die 4G-Technologie auf absehbare Zeit weiterhin eine entscheidende Rolle in der mobilen Kommunikation spielen. Die große Reichweite, die hohen Geschwindigkeiten und die geringen Latenzzeiten der 4G-Netze machen sie zu einem unverzichtbaren Bestandteil unseres täglichen Lebens. Sie ermöglichen es uns, in Verbindung zu bleiben und problemlos auf Informationen, Unterhaltung und Dienste zuzugreifen.

Während 5G-Netze weiter ausgebaut und eingeführt werden, werden 4G-Netze eine solide Grundlage für die nächste Generation von Mobilgeräten und -anwendungen bilden. Die anhaltende Relevanz von 4G-Netzen stellt sicher, dass die Nutzer weiterhin die Vorteile einer schnellen, zuverlässigen und effizienten mobilen Kommunikation genießen können, auch wenn neue Technologien auftauchen und sich weiterentwickeln.

Vorteile der Umstellung auf 5G

Auch wenn 4G-Netzwerke weiterhin eine wichtige Rolle in der mobilen Kommunikation spielen werden, bietet der Wechsel zur 5G-Technologie zahlreiche Vorteile. Der bemerkenswerteste Vorteil von 5G ist die höhere Bandbreite mit Spitzengeschwindigkeiten von bis zu 20 Gbit/s, was deutlich schneller ist als die von 4G-Netzwerken angebotenen Geschwindigkeiten. Diese höhere Bandbreite wird noch fortschrittlichere mobile Geräte und Anwendungen ermöglichen und die Art und Weise, wie wir leben, arbeiten und kommunizieren, verändern.

Neben schnelleren Geschwindigkeiten bieten 5G-Netze auch geringere Latenzzeiten, die für noch schnellere Reaktionszeiten und ein verbessertes Nutzererlebnis sorgen. Die Kombination dieser Vorteile, zusammen mit der kontinuierlichen Entwicklung neuer und innovativer mobiler Geräte und Anwendungen, wird sicherstellen, dass der Übergang von 4G zu 5G sowohl für Unternehmen als auch für Verbraucher eine reibungslose und aufregende Reise ist.

Zusammenfassung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die 4G-Technologie die Welt der mobilen Kommunikation revolutioniert hat, indem sie schnellere Geschwindigkeiten, höhere Kapazitäten und eine bessere Netzwerkleistung ermöglicht. Mit Blick auf die Zukunft werden 4G-Netzwerke auch mit der Einführung der 5G-Technologie weiterhin relevant bleiben und einen nahtlosen Übergang für Nutzer und Anwendungen bieten. Mit der kontinuierlichen Entwicklung und Einführung fortschrittlicher mobiler Geräte und Anwendungen sind die Möglichkeiten für die mobile Kommunikation scheinbar endlos, und wir können in den kommenden Jahren mit noch mehr aufregenden Innovationen rechnen.

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