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5G: So funktioniert der neue Mobilfunkstandard

Bild: Pixabay

19.02.2019

5G: So funktioniert der neue Mobilfunkstandard

Der neue Mobilfunkstandard 5G verspricht schnelle Übertragungsraten für Industrie 4.0-Anwendungen – auch im eigenen lokalen Netz. Also unabhängig davon, wie gut die Mobilfunkanbindung durch Provider am Unternehmensstandort ist.

Private Funknetze im LTE-Standard zur Vernetzung von Fertigung oder Intralogistik fangen gerade erst an, Fuß zu fassen, da zeichnet sich bereits der nächste Entwicklungssprung ab: lokale Netze im Mobilfunk-Standard 5G, dem Nachfolger von 4G/LTE und LTE-Ad­vanced.

Privatsphäre und viel Bandbreite in 5G

Auch sie versprechen Privat­sphäre, vollen Zugriff auf die Bandbreite, kein Teilen mit externen Nutzern – und noch einiges mehr: „Der große Vorteil von 5G ist, dass es Spezifikationen an­bietet, die mit anderen Mobilfunkstandards oder Drahtlos-Übertragungstechniken nicht möglich sind“, sagt Niels König vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT.

Und mit der Möglichkeit, ein eigenes Netz aufzubauen, profitieren davon auch Unternehmen in ländlichen Regionen mit schlechter Netzabdeckung.

Das Aachener Institut gehört zu den Forschungseinrichtungen, die bereits Versuche mit 5G-Equipment durchführen können und nicht auf Emulationen zurückgreifen müssen, die auf 4G basieren. Die Wissenschaftler realisierten bereits „Paketumlaufzeiten von drei Millisekunden im Round-Trip“, also hin und zurück.

Echtzeitfähige Ablösung

„Mit Private LTE sind derzeit Latenzzeiten knapp unter 20 Millisekunden erreichbar, was schon sehr gut ist und auch das große Potenzial privater Netze im Vergleich zu den öffentlichen Netzen mit sehr vielen Nutzern aufzeigt: Im öffentlichen Netz liegt die Latenz im Roundtrip bei mehreren Hundert Millisekunden. Für Echtzeitanwendungen in der Industrie ist das zu langsam“, so König.

Zum Vergleich: Laut Untersuchungen der Standardisierungsorganisation ITU (International Telecommunication Union) tolerieren die meisten Menschen bei Telefongesprächen eine Mund-zu-Ohr-Verzögerung von bis zu 300 ms.

Für das nationale Telefon-Festnetz in Deutschland wurde eine maximale Verzögerung von 25 ms Ende-zu-Ende festgelegt und auch Voice over IP (VoIP) funktioniert nicht schneller als das alte Festnetz. Hier kommen zum reinen Transfer noch Zeiten zum Packen und Entpacken der Datenpakete sowie Pufferzeiten.

Bis zu 20 GBit Datenrate bei 5G

Neben der großen Bandbreite, Datenraten von bis zu zehn Gigabit pro Sekunde – für eine spätere Phase sind für das 26-GHz-Band sogar bis zu 20 GBit/s angepeilt – und der extrem niedrigen Latenz bei der Übermittlung der Signale, die für Echtzeitanwendungen extrem wichtig ist, kann 5G jedoch noch mit weiteren Vorteilen punkten: Etwa damit, die zugeteilte Bandbreite zu unteteilen und diese ‚Slices‘ für verschiedene Anforderungsprofile maßgeschneidert zu konfigurieren oder auch damit, andere Funknetze komplett zu ersetzen.

„W-LAN, Bluetooth oder ZigBee gehören zu den Technologien, die in einer Fertigungsumgebumg genutzt werden und die zum Teil sehr groß dimensioniert werden müssen, um ausreichend Netzabdeckung zu erreichen: Das alles kann ein 5G-Netz sehr gut mit einem Schlag ablösen. Funknetze in der Industrie werden dadurch deutlich einfacher und leistungsfähiger“, erwartet König.

Versteigerung der 5G-Frequenzen im Frühjahr 2019

Die Versteigerung der flächendeckenden 5G-Frequenzen soll im Frühjahr 2019 stattfinden und umfasst die Bänder 2 GHz sowie 3,4 bis 3,7 GHz. Für die ebenfalls frei gewordenen Bereiche zwischen 3,7 GHz und 3,8 GHz sowie 26 GHz erarbeitet die Bundesnetzagentur derzeit eigene Vergaberegeln. Sie sollen im Antragverfahren für lokale und regionale Anwendungen vergeben werden.

„Dass wir Frequenzen für Betriebsfunknetze zur Verfügung stellen, ist nichts Neues. Das haben wir auch in der Vergangenheit schon getan. Aber wir sehen hier einen zunehmenden Bedarf und insofern betrachten wir es als unsere Aufgabe, zu sehen, dass auch für diesen Bedarf Frequenzen vorhanden sind“, erklärt der Sprecher der Bundesnetzagentur, Fiete Wulff.

Interesse an Betriebsfunknetzen

Interesse signalisiert haben sowohl die Industrie als auch Land- und Forstwirtschaft und Kommunen. Alle Frequenzen werden technologieneutral vergeben. „Wir machen keine Vorschriften, was für eine Technologie Frequenznutzer einsetzen sollen. Aber es ist natürlich so, dass dieser Bereich 3,7 bis 3,8 GHz für 5G-Anwendungen und Industrie 4.0-Anwendungen gut geeignet ist“, sagt Wulff.

Das sieht auch Autohersteller Daimler so: „Der Frequenzbereich 3 700 MHz bis 3 800 MHz ist durch seine physikalischen Ausbreitungseigenschaften prädestiniert für den Einsatz in der Industrieautomation durch 5G-Technologie“, heißt es in seiner Stellungnahme im Anhörungsverfahren der Bundesnetzagentur.

Das Unternehmen sieht sowohl Potenzial in der Verbesserung von Produktionsabläufen als auch in der Intralogistik, etwa beim Einsatz von fahrerlosen Transportfahrzeugen in und zwischen Werkshallen auf dem Betriebsgelände.

Industrie 4.0 durch 5G auf neuem Niveau

„Die fünfte Mobilfunkgeneration hievt Industrie 4.0 auf ein neues Level“, findet Dr. Andreas Müller, Leiter Kommunikations- und Netzwerktechnologie bei Bosch. Für Bosch als Technologieunternehmen sei 5G von zentraler Bedeutung für industrielle Anwendungen.

Ob Bosch eigene private 5G-Netzwerke selbst betreiben wird, lässt er offen. „Aktuell sind wir dabei, verschiedene Optionen für geeignete Betreibermodelle zu entwickeln und zu evaluieren. Wir gehen davon aus, dass es eine Vielzahl von neuen Betreibermodellen geben wird, die vom kompletten Selbstbetrieb eines privaten 5G-Netzes bis hin zu einer kompletten Fremdvergabe reichen – mit zahlreichen Abstufungen dazwischen“, erklärt er.

So könnten Industrieunternehmen beispielsweise die Planung eines Netzwerkes sowie dessen Wartung fremdvergeben, sich um das eigentliche Netzwerkmanagement aber selbst kümmern. Die ersten Mobilfunk-Provider haben bereits angekündigt, Lösungen anbieten zu wollen.

Sofortige Umstellung auf 5G nicht zwingend

Nicht jeder Einsatzfall in der Industrie, der einer Funkverbindung bedarf, benötigt jedoch zwingend 5G. Natürlich gebe es für jede Anwendung auch einen Plan B, sagt Produktionstechnik-Experte König. „Es gibt nicht die eine Killerapplikation, die bewirkt, dass man auf einen Schlag alles auf 5G umstellen muss. Aber der große Vorteil von 5G ist eben, dass er eine attraktive Basis liefert, um wirklich sehr, sehr viel abzudecken.“

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Autor: Dörte Neitzel

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