5G vs 4G: Die wichtigsten Unterschiede im Überblick

Was ist 4G?

Mit 4G (Die Vierte Generation), auch unter LTE – Long Term Evolution – bekannt, ist die Folgegeneration von der dritten Mobilfunkgeneration (3G). 4G ermöglicht eine deutlich schnellere Datenübertragung als sein Vorgänger. Mit der Einführung 2010 brachte 4G den Durchbruch für schnelles, mobiles Internet.

Wie funktioniert 4G?

4G funktioniert, indem es moderne Funk- und Netztechnologien kombiniert, um schnelles und stabiles mobiles Internet bereitzustellen. Es nutzt verschiedene Frequenzbereiche (z. B. 800 MHz, 1,8 – 2,6 GHz), wodurch Reichweite und Geschwindigkeit je nach Einsatz variieren.

Mit OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) werden Datenpakete parallel über mehrere Kanäle übertragen, was die Effizienz steigert. MIMO-Antennentechnik ermöglicht mehrere Datenströme gleichzeitig, wodurch die Übertragungsraten deutlich höher sind. Zudem ist 4G vollständig IP-basiert, sodass Sprache, Daten und Multimedia über das Internet-Protokoll laufen. Das Ergebnis: hohe Geschwindigkeiten, geringe Latenz und zuverlässige Verbindungen für Verbraucher und Wirtschaft.

Was ist 5G?

5G, also die fünfte Mobilfunkgeneration, ist aktuell der neuste Mobilfunkstandard und die Nachfolgergeneration von 4G. 5G bietet eine bis zu 10-mal schnellere Datenübertragung als LTE. Unmengen an Daten werden fast in Echtzeit transportiert. Viel mehr Geräte können mit einer Funkzelle verbunden sein. Die Einführung erfolgt bereits 2019, aber erst seit 2023 sind ca. 90% der Flächen in Deutschland mit 5G angebunden über einen Mobilfunkanbieter. Die neue Mobilfunkgeneration soll die Digitalisierung in Deutschland vorantreiben.

Wie funktioniert 5G?

Im Grunde ist die 5. Mobilfunkgeneration keine neue Technologie, denn 5G überträgt Daten technisch auf die gleiche Weise wie 4G, also überwiegend in denselben Frequenzbereichen. 4G nutzt Frequenzbänder von einigen hundert Megahertz bis etwa 2,6 Gigahertz, wohingegen 5G neben diesen Frequenzbändern noch höhere Frequenzbänder (High-Band-Frequenzen) nutzt.

4G vs. 5G im direkten Vergleich

5G ist deutlich schneller als 4G. Viel wichtiger ist aber: 5G hat extrem geringe Verzögerungen und kann im Gegensatz zu 4G deutlich mehr Geräte gleichzeitig versorgen. Die vierte Mobilfunkgeneration hat den Weg für mobiles Internet geebnet, wodurch Videostreaming und die Nutzung von bspw. Social Media auch unterwegs möglich sind.
5G eröffnet uns aber noch weitere Zukunftstechnologien, wie Industry 4.0, Smart Cities, Virtual Realitiy oder Telemedizin. Mit 5G werden Anwendungen und Technologien möglich, die mit 4G undenkbar gewesen wären.

Geschwindigkeiten

4G und 5G unterscheiden sich inbesondere in ihrer Geschwindigkeit und Reaktionszeit. 5G ist theoretisch bis zu 10x schneller als 4G. Die tatsächlich erreichte Geschwindigkeit hängt aber unter anderem von den folgenden Faktoren ab: Netzausbau, Abdeckung und Geräteverfügbarkeit.

Geschwindigkeiten 4G, LTE-Advanced

Die Geschwindigkeiten bei 4G oder LTE variieren stark nach Tarif, Anbieter und der Netzabdeckung. Theoretisch sind bis zu    1 GBit/s möglich. In der Realität sind es jedoch meist nur zwischen 21,6 und bis zu 300 Mbit/s im Download. In größeren Städten können die Geschwindigkeiten durchaus höher sein.

Geschwindigkeiten 5G

Auch hier sind starke Varianzen durch Standort, Netzabdeckung, Nutzeraufkommen, Anbieter und Tarif möglich. 2019 mit der Einführung von 5G waren die Versprechungen und Ankündigungen noch groß, aber auch hier spiegeln sich Theorie und Praxis nicht exakt wieder. Bis zu 10 GBit/s wären mit 5G durchaus erzielbar, jedoch zeigt die Praxis, dass zum aktuellen Zeitpunkt Geschwindigkeiten über 500 MBit/s nur selten erreicht werden. Damit ist 5G nicht viel besser als noch die Vorgängergeneration 4G. Die wichtigste Verbesserung liegt aber in der verbesserten Latenzzeit, wodurch Verzögerungen in der Datenübertragung stark reduziert wurden.

Frequenzen

In Deutschland wird das Funkspektrum von der Bundesnetzagentur (BNetzA) verwaltet. Dieses teilt die vorhandenen Frequenzen den verschiedenen Diensten – Alarm/ Überwachung/Ortung, Rundfunk, Mobilfunk/ Wlan, Mikrofone usw. – zu. Bestimmte Bereiche sind lizenzpflichtig und werden über Auktionen vergeben, andere Bereiche, wie die ISM-Bänder bei 2,4 und 5 GHz, sind frei nutzbar. Der Frequenzplan regelt die Verteilung, um eine störungsfreie Nutzung zu sichern. Frequenzen sind damit eine zentrale Ressource für Kommunikation, Sicherheit und digitale Innovation.

Was bedeutet Frequenz?
Die physikalische Bedeutung der Frequenz ist die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde. Exemplarisch hierfür kann der Ton herangezogen werden. Die Maßeinheit wird in Hertz (Hz) angegeben.

• 1 Hz = 1 Schwingung pro Sekunde

Je schneller ein Teilchen folglich schwingt, desto höher die Frequenz. Die Funkwellen für Radio, WLAN oder Mobilfunk nutzen Frequenzen von Kilohertz (kHz) bis Gigahertz (GHz).

Frequenz 4G

Bei den gängigen 4G-Frequenzen handelt es sich um 800 MHz (Band 20), 1800MHz (Band 3) und 2600MHz (Band 7). Diese Frequenzen bieten unterschiedliche Reichweiten und sind für unterschiedliche Anwendungsszenarien geeignet.

• 800 MHz wird hauptsächlich für eine breite Abdeckung genutzt und eignet sich für ländliche Gebiete
• 1800 MHz & 2600 MHz hingegen in Städten, da dort höhere Kapazitäten benötigt werden, aufgrund der höheren Bevölkerungsdichte

Zusätzlich werden 700 MHz und 2100 MHz für LTE genutzt. Die sind auch für 5G relevant, denn die Überlappung der genutzten Frequenzen ist ziemlich groß.

Frequenz 5G

5G nutzt im Grunde alle typischen 4G Bänder plus ein bis zwei neue Bänder. Die gängigen 5G Frequenzen sind:

• 700 MHz (Band 28)
• 1800 MHz (Band 3)
• 2100 MHz (Band 1)
• 3600 MHz  (Band 43)
• und weitere Frequenzen.

Die Frequenzen 700 MHz, 1800 MHz und 2100 MHz werden auch für LTE genutzt.

5G basiert aktuell hauptsächlich auf bestehenden LTE-Netzen, sie funktionieren also nicht „selbstständig“, sondern bauen auf bereits vorhandenen LTE-Technologien auf. Mehr dazu in unserem Blogbeitrag 5G Standalone vs. 5G Non-Standalone.

5G kann in drei Frequenzbereiche unterteilt werden:

1. Low- Band (unter 1GHz): Hohe Reichweite, geringe Datenraten
2. Mid- Band (1-6 GHz): Gute Mischung aus Reichweite und Datenrate
3. High- Band (mmWave, über 24 GHz): Kaum Reichweite, aber sehr hohe Datenrate

Durch die Nutzung einer breiteren Palette an Frequenzen kann 5G Leistungsziele besser entsprechend der Bedürfnisse erreichen.

Latenzzeiten

Latenzzeiten spielen in modernen Kommunikations- und IT-Systemen eine große Rolle. Insbesondere in Zeiten, in denen wachsende Datenmengen und Echtzeitanforderungen immer wichtiger werden. Beispiele aus dem Alltag für geringe Latenzzeiten sind bspw. Online Gaming oder Videostreaming. Auch für industrielle Anwendungen gewinnen geringere Latenzzeiten an Bedeutung, da sie entscheidend für Automatisierungen sind. Für den Endverbraucher wirken sich Latenzzeiten bei der wahrgenommenen Qualität der mobilen Internetverbindung aus. Eine geringe Latenz kann folglich assoziiert werden mit Effizienz, einem guten Nutzererlebnis und Zuverlässigkeit, wohingegen eine hohe Latenzzeit mit Frust, Fehlern und Leistungsverlusten in Verbindung stehen.

Was bedeutet Latenzzeiten?

Die Latenz oder Latenzzeit ist die Zeit, die Daten von der Quelle bis zu ihrem Ziel benötigen. Sie ist neben der Datenübertragungsrate eine wichtige Qualitätskennzahl jeder Datenverbindung. In paketorientierten Datennetzen wie in den IP-basierten Mobilfunknetzen wird die Latenzzeit häufig über die Paketumlaufzeit ermittelt. Es wird die Zeit gemessen, die vergeht, bis das Antwortpaket auf ein versandtes Datenpaket eintrifft. Die Paketumlaufzeit beinhaltet die Latenzzeiten des Hin- und Rückwegs sowie die Bearbeitungszeit des Pakets im Zielsystem. Eine alternative Bezeichnung für Paketumlaufzeit ist Round Trip Time (RTT). Für IP-basierte Netzwerke steht zur Messung der Round Trip Time der Ping-Befehl zur Verfügung.

Einflussfaktoren

Zahlreiche Faktoren beeinflussen die Latenz einer Datenverbindung. Zu diesen Einflussfaktoren zählen die physikalische Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals (beispielsweise in einem Kabel, in einem Lichtwellenleiter oder in einem Funkfrequenzband), die Art der Paketierung, die Laufzeit des Datenpakets, die Zwischenspeicherung des Datenpakets, die Verarbeitung der Protokollheader in den an der Datenübertragung beteiligten Netzknoten, die Fehlerprüfung des Datenpakets, eventuelle Stausituationen auf Teilstrecken, die Eigenschaften des verwendeten Übertragungsprotokolls und einiges mehr.

Welche Anwendungen benötigen kurze Latenzzeiten?

Während für ein Dateidownload oder eine Sprachverbindung eine Latenz von bis zu mehreren hundert Millisekunden akzeptabel ist, benötigen andere Anwendungen wesentlich kürzere Latenzzeiten. Darunter fallen die sogenannten echtzeitfähigen Anwendungen wie autonomes Fahren, vernetzte Maschinen und Prozesse der Industrie 4.0, Virtual und Augmented Reality oder Anwendungen der Medizintechnik. Ein selbstfahrendes, vernetztes Fahrzeug beispielsweise erwartet eine unmittelbare Antwort auf ein ausgesandtes Datenpaket. Nur so kann es in angemessener Zeit richtig auf eine erfasste Verkehrssituationen reagieren.

Die typischen Latenzen in LTE- und 5G-Mobilfunktnetzen

4G (LTE):

• Typisch: 30–50 Millisekunden (ms)
• Optimiert (LTE-Advanced): ~20 ms

Anwendungen:

• Mobile Internetnutzung: Surfen, Social Media, Video-Streaming (HD)
• Videotelefonie: stabil, aber manchmal mit Verzögerung
• Navigation & ortsbasierte Dienste
• Mobile Hotspots

5G:

• Typisch: 10–20 ms
• Im Idealfall (Ultra-Reliable Low-Latency Communications, URLLC): 1–5 ms

Das bedeutet: 5G kann Daten praktisch in Echtzeit übertragen.

Anwendungen:

• Industrie 4.0: Steuerung von Maschinen und Robotern in Echtzeit
• Autonomes Fahren & Verkehrssysteme: Kommunikation zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur
• Medizin: Tele-Operationen, Fernüberwachung mit Echtzeitdaten
• Virtual & Augmented Reality: Immersive Anwendungen ohne wahrnehmbare Verzögerung
• Smart Cities & IoT: Vernetzung von Millionen Sensoren und Geräten

Reichweiten

Mobilfunkreichweiten bestimmen, wie zuverlässig Nutzer und Nutzerinnen mobiles Internet nutzen können. Eine stabile Mobilfunkreichweite bildet die Grundlage für Kommunikation, digitale Anwendungen und moderne Industrieprozesse. Reichweiten hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie Sendeleistung, Frequenzbereich oder bauliche Hindernisse. Hohe Frequenzen können zwar schnellere Datenraten ermöglichen, haben aber nur geringe Reichweiten. Niedrige Frequenzen hingegen haben eine viel größere Reichweite, dafür wiederum eine niedrigere Datenrate.

Die Funkfrequenz als wesentlicher Einflussfaktor für die Reichweite

Bevor wir uns konkret um die Reichweiten der 5G- und LTE-Netze kümmern, gehen wir zunächst kurz auf die Abhängigkeit der Reichweite von der verwendeten Funkfrequenz ein. Es gilt der Grundsatz: Je höher die Funkfrequenz und kleiner die Wellenlänge, desto niedriger ist die erzielbare Reichweite. Niedrige Funkfrequenzen mit großen Wellenlängen breiten sich über größere Entfernungen aus und durchdringen Objekte wie Wände besser. Gleichzeitig sinken mit zunehmender Wellenlänge aber die erzielbaren Datenübertragungsraten. Es besteht ein Konflikt bei der Nutzung von Frequenzbändern für Mobilfunknetze: Entweder niedrige Frequenzen mit großer Reichweite und geringen Datenraten (wenige Basisstationen sind notwendig) oder hohe Frequenzen mit geringer Reichweite und großen Datenraten (viele Basisstationen sind notwendig).

4G Reichweiten

LTE-Netze funken auf unterschiedlichen Frequenzen, welche das sind, können Sie in diesem Kapitel nachlesen. LTE erzielt mit 800 MHz die größte Reichweite. Sie beträgt circa 10 bis 15 Kilometer. Dieses Frequenzband wird daher bevorzugt zur Versorgung ländlicher Regionen eingesetzt. LTE-Funkstationen mit Frequenzen von 2.100 MHz oder 2.600 MHz erreichen in der Regel nach höchstens zwei bis drei Kilometern die maximale Reichweite. Diese Frequenzen verwenden die Netzbetreiber bevorzugt in Städten. Dort ist eine hohe Funkzellendichte notwendig, da viele Menschen mit Mobilfunk versorgt werden müssen.

5G Reichweiten

Die Reichweite von 5G ist stark von den eingesetzten Frequenzen abhängig. Während niedrige Frequenzbänder (unter 1 GHz) große Flächen abdecken und sich für ländliche Regionen eignen, sind mittlere Bänder (z. B. 3,6 GHz) ideal für Städte mit hohem Datenaufkommen. Hochfrequente Millimeterwellen ermöglichen extrem schnelle Datenraten, haben jedoch nur eine sehr geringe Reichweite und benötigen viele kleine Funkzellen. Um eine flächendeckende 5G-Versorgung sicherzustellen, setzen Netzbetreiber daher auf eine Kombination aller Frequenzbereiche.

Datenübertragungsraten

Mit der Einführung von 5G hat sich die mobile Datenübertragung grundlegend verändert. Während 4G unter idealen Bedingungen Datenraten von bis zu 1 Gbit/s ermöglicht, erreicht 5G theoretisch bis zu 10 Gbit/s und mehr. Dies bedeutet eine drastische Reduktion von Download- und Uploadzeiten sowie eine deutliche Verbesserung bei Anwendungen, die hohe Bandbreiten erfordern, wie Streaming in 8K, Virtual Reality oder Industrie-Automatisierung. Der Unterschied zwischen 4G und 5G markiert damit einen entscheidenden technologischen Sprung in der Mobilfunkentwicklung.

Netzinfrastruktur

Die Netzinfrastruktur von 5G unterscheidet sich grundlegend von 4G. Während 4G vor allem auf große Makrozellen setzt, nutzt 5G ein dichteres Netz aus Klein- und Mikrozellen, um hohe Datenraten und niedrige Latenzen zu erreichen. Zusätzlich kommen Technologien wie Network Slicing und Massive MIMO (MIMO steht für Multiple Input, Multiple Output und beschreibt eine Funktechnologie, die mehrere Sende- und Empfangsantennen gleichzeitig nutzt) zum Einsatz, die flexible Bandbreitennutzung und parallele Dienste ermöglichen. 4G-Netze sind primär für mobile Breitbandnutzung ausgelegt, während 5G eine Plattform für vernetzte Geräte, Industrieanwendungen und autonome Systeme schafft.

Vor- und Nachteile von 4G und 5G

Die Vor- und Nachteile von 4G

Die Vor- und Nachteile von 5G

Zukunftsausblick: Wird 5G 4G ablösen?

5G wird die Brücke für die nächste Innovationswelle

5G startete als Ergänzung zu 4G. Viele Netzbetreiber betreiben heute 4G und 5G parallel, wobei 4G das Grundnetz für Flächendeckung bietet und 5G für Hochleistungsanwendungen in Städten und Industrieumgebungen eingesetzt wird. Mit dem fortschreitenden Ausbau entwickelt sich 5G vom Zusatz- zum Leitnetz und 4G sukzessive ablösen.

Gründe für den fortbestehenden Einsatz von 4G

• Flächendeckung: 4G ist weltweit nahezu flächendeckend verfügbar, 5G befindet sich noch im Ausbau.
• Kosten: Der flächendeckende Ausbau von 5G-Infrastruktur ist teuer, wird aber weiter vorangetrieben.
• Stabilität: 4G gilt als robust und wird als „Fallback-Netz“ noch länger eine Rolle spielen

Entwicklungsperspektive

• Kurzfristig: Koexistenz von 4G und 5G; 4G bleibt aktuell noch das Rückgrat der Grundversorgung.
• Mittelfristig: 5G wird zunehmend dominieren, speziell in urbanen Räumen, Industrie und bei IoT-Anwendungen.
• Langfristig: 5G wird 4G voraussichtlich ablösen – ähnlich wie 4G zuvor 3G verdrängt hat.

Fazit

5G wird 4G langfristig ablösen. Für die nächsten Jahre werden beide Technologien Hand in Hand laufen, um Verfügbarkeit und Leistungsfähigkeit zu kombinieren. Der Ausbau von 5G schreitet jedoch voran, wodurch 5G in Zukunft der Motor für digitale Transformationen sein wird. Inwiefern es 4G noch geben wird und wie lange, ist aktuell nicht absehbar.