5G erreicht Datenübertragungsraten bis in den Gigabit-Bereich (Lesen Sie den ersten Teil dieser Serie) , für genauere Informationen zu Geschwindigkeiten und Frequenzen). Doch nicht nur die Datenraten erhöhen sich. 5G verbessert gegenüber LTE vor allem auch die Latenz. Dadurch erschließen sich für 5G völlig neue Anwendungsbereiche und mobile Einsatzmöglichkeiten. Der folgende Beitrag erklärt Ihnen, was Latenz ist und welche Latenzunterschiede zwischen LTE und 5G bestehen.
Was ist Latenz?
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.
Welche Einflussfaktoren gibt es für die Latenzzeit?
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:
Im Vergleich zu den Vorgängerstandards 2G oder 3G (UMTS) hat sich die Latenzzeit in LTE-Netzen stark reduziert. Sie liegt in der Regel in einem Bereich zwischen 15 und 50 Millisekunden. In 5G-Netzen ist die Latenz nochmals deutlich geringer. Es sind Latenzzeiten im einstelligen Millisekundenbereich möglich. Im Optimalfall ist sogar eine Latenz von nur einer Millisekunde und darunter erreichbar. In den 5G-Standards ist diese kurze Latenzzeit im Millisekundenbereich explizit vorgesehen. Hierfür ist das 5G-Anwendungsprofil „Ultra Reliable and Low Latency Communications“ (uRLLC) definiert. Es eignet sich speziell für zeitkritische Anwendungen, mit minimalen Latenzen und extrem zuverlässiger Datenübertragung. Mit Hilfe des sogenannten Network Slicings lässt sich das uRLLC-Anwendungsprofil in einer Art virtueller Netzwerkpartition des 5G-Mobilfunknetzes bereitstellen. Die niedrigen Latenzzeiten im einstelligen Millisekundenbereich werden unter anderem über ein Netz aus eng vermaschten, per Glasfaser angebundenen Funkstationen (Microcells), Edge Computing, einem erweiterten Frequenzbereich und speziellen Übertragungsverfahren erreicht.
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