GSM, UMTS und LTE – Von 2G zu 5G

Die Evolution der Mobilfunkstandards. Was hinter 2G, 3G, 4G, 5G steckt und ihre jeweiligen Vorteile für das Internet der Dinge.

Mobilfunkstandards: Von 2G bis 5G - Evolution der Netzwerktechnologie

Die Evolution der Mobilfunkstandards hat die mobile Datenübertragung revolutioniert. Erfahren Sie, was hinter 2G, 3G, 4G und 5G steckt und welche Vorteile die verschiedenen Generationen für IoT- und M2M-Projekte bieten.

2G, 3G, 4G, 5G: Das steckt dahinter

2G, 3G, 4G und 5G sind Mobilfunkstandards. Das G steht dabei für Generation und meint die zweite, dritte, vierte und fünfte Generation. Der Unterschied zwischen den verschiedenen Generationen liegt in erster Linie in der Geschwindigkeit bei der Datenübertragung.

Die meisten Menschen kennen 2G, 3G, 4G oder 5G durch die Nutzung mobiler Daten auf Smartphone oder Tablet. Mobilfunk ist allerdings auch sehr populär im Rahmen von M2M-Kommunikation, also dem Datenaustausch von Maschine zu Maschine. Durch den Fortschritt bei der mobilen Datenübertragung kommen kontinuierlich neue M2M- und IoT-Anwendungsmöglichkeiten dazu. Doch auch die älteren Mobilfunkstandards haben bereits für ein starkes Wachstum im IoT- und M2M-Bereich gesorgt.

Mobilfunk-Evolution: Von 2G zu 5G

2G / GSM (1992)

1992 wurde 2G als erstes digitales Mobilfunknetz auf dem GSM-Standard (Global System for Mobile Communications) eingeführt. Neben Telefonie wurde dadurch erstmals die mobile Übertragung von Daten möglich. Die Daten werden über GPRS (General Packet Radio Service) übertragen, ist allerdings gemessen an heutigen Standards sehr langsam.

In Deutschland ist 2G nahezu flächendeckend verfügbar, soll jedoch ab Sommer 2028 abgeschaltet werden, wie die Telekom verkündet. Aufgrund der langsamen Übertragungsrate wird 2G überwiegend für Telefonie und SMS genutzt. Auch für Notruf- und Alarmierungssysteme in Gebäuden kommt der Mobilfunk-Standard aktuell noch häufiger zum Einsatz. Damit diese Systeme auch nach der Abschaltung weiterhin einwandfrei laufen, müssen diese Systeme auf den 4G-Standard umgestellt werden.

Technische Daten:

  • Max. Datenrate: bis zu 50 kbit/s (GPRS), bis zu 170 kbit/s (EDGE)
  • Latenz: 500-1000 ms
  • Frequenzbereiche: 900/1800 MHz (Europa)
  • Status in Deutschland: Flächendeckend verfügbar, Abschaltung ab 2028 geplant

Typische IoT-Anwendungen:

  • Einfache Alarmierungssysteme
  • SMS-basierte Steuerung
  • Einfache Telemetrie mit geringem Datenvolumen
  • Legacy-Systeme im industriellen Bereich

3G / UMTS (2000)

Nach GSM wurde 2000 mit UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) oder 3G der dritte Mobilfunkstandard entwickelt. Im Vergleich zu den 2G-Standards wurden damit deutlich schneller Daten übertragen. Aufgrund der neuen Funkzugriffstechnik Wideband CDMA (Code Division Multiple Access) war über UMTS zudem das gleichzeitige Senden und Empfangen mehrerer Datenströme möglich.

Inzwischen sind in Deutschland Netzbetreiber dazu übergangen, ihre 3G-Netze zugunsten neuerer Mobilfunkstandards abzuschalten und freiwerdende Frequenzen für den Ausbau von 4G und 5G zu nutzen. Für IoT- und M2M-Projekte bedeutet die Abschaltung von 3G nur dann Probleme, wenn die verwendeten M2M-SIM-Karten oder M2M-Tarife die Nutzung von 4G und 5G nicht unterstützen. Die M2M-SIMs von wherever SIM unterstützen sowohl 2G, 3G, 4G als auch 5G, so dass unsere Kunden durch die M2M-SIM keine Einschränkungen befürchten müssen.

Technische Daten:

  • Max. Datenrate: bis zu 42 Mbit/s (HSPA+)
  • Latenz: 100-500 ms
  • Frequenzbereiche: hauptsächlich 2100 MHz (Europa)
  • Status in Deutschland: Weitgehend abgeschaltet

Typische IoT-Anwendungen:

  • Video-Überwachung mit mittlerer Auflösung
  • Komplexere Fernwartungssysteme
  • Mobile Zahlungsterminals
  • Telematik-Systeme mit erhöhtem Datenvolumen

4G / LTE (2010)

Bei 4G oder auch LTE (Long Term Evolution) handelt es sich um einen der Mobilfunkstandards mit der schnellsten Datenübertragung. Selbst das Herunterladen größerer Daten ist damit innerhalb weniger Sekunden möglich. 4G ist in Deutschland allerdings noch nicht flächendeckend verfügbar.

Eine Untersuchung der Bundesnetzagentur in 2021 hat ergeben, dass auf etwa 7,2 Prozent der gesamtdeutschen Fläche nur eines der drei Mobilfunknetze im 4G-Standard empfangen werden kann. Besonders die südlichen Bundesländer sind schlecht versorgt: Auf 15,5 Prozent der Fläche Bayerns ist maximal ein einziges Handynetz zu empfangen, in Baden-Württemberg auf 15,1 Prozent und in Rheinland-Pfalz auf 15,9 Prozent.

Für IoT-Projekte, in denen das 4G Netz eine wichtige Rolle spielt, ist es deswegen umso wichtiger, eine Multi-Netz-SIM-Karte z. B. von wherever SIM zu nutzen. Diese kann die Mobilfunknetze unterschiedlicher Provider nutzen und sich in das am jeweiligen Standort stärkste vorhandene Netz einwählen.

Technische Daten:

  • Max. Datenrate: bis zu 300 Mbit/s (LTE Advanced: bis zu 1 Gbit/s)
  • Latenz: 30-100 ms
  • Frequenzbereiche: 800/900/1800/2100/2600 MHz (in Deutschland)
  • Status in Deutschland: Gute Abdeckung in Städten, Lücken in ländlichen Gebieten

Spezielle IoT-Varianten:

  • LTE-M (Cat-M1): Für IoT-Anwendungen optimierte Variante mit geringerem Energieverbrauch
  • NB-IoT (Narrowband IoT): Schmalbandige Variante für einfache Sensoranwendungen mit sehr geringem Energieverbrauch

Typische IoT-Anwendungen:

  • HD-Video-Überwachung und -Streaming
  • Komplexe Fernwartungs- und Steuerungssysteme
  • Smart-City-Anwendungen
  • Vernetzte Fahrzeuge und Flottenmanagement
  • Mobile Medizintechnik

5G (2019)

Der quasi neueste Mobilfunkstandard und "Nachfolger" des LTE-Netzes ist 5G. Es gilt als eine Art Revolution des Mobilfunknetzes, da hierüber die Datenübertragung in Echtzeit ermöglicht werden soll. Auch der Ausbau des 5G-Netzes ist in den letzten Jahren stark vorangeschritten, sodass der Standard bereits häufiger zum Einsatz kommt.

5G ist für immer mehr Bereiche im Internet der Dinge (IoT) spannend, die einen sehr hohen Datendurchsatz erwarten, beispielsweise autonomes Fahren oder Virtual sowie Augmented Reality Anwendungen. Auf der technischen Ebene ist zwar auch 4G bereits in der Lage, diese Anforderungen zu erfüllen und solche Vorhaben zu realisieren. Allerdings wird bei 5G eine andere Preisgestaltung unterstellt, die bei einem sehr hohen Datenverbrauch weniger Kosten verursacht, als im 4G Netz. Hier gibt es mehr dazu, welche Vorteile 5G für IoT- und M2M-Projekte mit sich bringt.

Technische Daten:

  • Max. Datenrate: bis zu 10 Gbit/s (theoretisch)
  • Latenz: 1-10 ms
  • Frequenzbereiche: 700 MHz, 2 GHz, 3,6 GHz und perspektivisch auch 26 GHz
  • Status in Deutschland: Ausbau in Städten und Industriezentren voranschreitend

Spezielle IoT-Varianten:

  • 5G RedCap: Reduced Capability für IoT-Anwendungen mit mittlerem Bandbreitenbedarf
  • mMTC (massive Machine Type Communications): Für sehr große Anzahl von IoT-Geräten auf kleinem Raum
  • URLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communications): Für zeitkritische Anwendungen mit extrem niedrigen Latenzen

Typische IoT-Anwendungen:

  • Autonomes Fahren und Connected Cars
  • Industrie 4.0 und Smart Factory
  • Augmented/Virtual Reality
  • Telemedizin mit Echtzeitanwendungen
  • Smart Cities mit umfassender Vernetzung
  • Kritische Infrastrukturen mit höchsten Anforderungen an Zuverlässigkeit

Migration bei Mobilfunk-Abschaltungen

Mit der fortschreitenden Abschaltung älterer Mobilfunkstandards wie 2G und 3G stehen viele Betreiber von IoT- und M2M-Lösungen vor der Herausforderung, ihre Systeme zu migrieren. Für einen reibungslosen Übergang empfehlen wir:

  • Bestandsaufnahme: Identifizieren Sie alle Geräte, die noch auf 2G oder 3G angewiesen sind
  • Technologiewahl: Entscheiden Sie zwischen 4G/LTE, LTE-M, NB-IoT oder 5G je nach Anwendungsfall
  • Zukunftssicherheit: Setzen Sie auf eUICC-fähige SIM-Karten, die Technologiewechsel ohne physischen Austausch ermöglichen
  • Multi-Netz-Strategie: Nutzen Sie Multi-Netz-SIM-Karten, die zwischen verschiedenen Providern wechseln können

Zukunftssichere M2M-SIM-Karten von wherever SIM

Unsere M2M-SIM-Karten unterstützen alle aktuellen Mobilfunkstandards (2G, 4G, 5G) sowie die IoT-spezifischen Standards LTE-M und NB-IoT. Dank Multi-Netz-Fähigkeit und optionaler eUICC-Technologie sind Sie optimal für die Zukunft gerüstet - auch über die 2G-Abschaltung hinaus.

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