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5G jetzt umsetzen!

19. Juni 2020, 10:10 Uhr   |  Meinrad Happacher

5G jetzt umsetzen!
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Sollen die Fabrik-Daten in der Cloud oder besser vor Ort im eigenen Rechenzentrum vorgehalten werden? Bei diesen Überlegungen sollte die nächste Generation des Mobilfunks berücksichtigt werden. Denn 5G kann entscheidend zur Realisierung der digitalen Fabrik beitragen.

Mit drei Anwendungsprofilen erfüllt 5G die Anforderungen verschiedenster Anwendungen innerhalb einer Werkseinheit:

• eMBB (enhanced Mobile BroadBand) bietet Datenübertragungsraten von bis zu 20 GBit/s, etwa für Virtual oder Augmented Reality Anwendungen. 

• mMTC (massive Machine Type Communications) soll bis zu 1 Mio. MTC-Geräten auf einem Quadratkilometer eine stabile Netzabdeckung bieten. 

• uRLLC (ultra-Reliable and Low Latency Communications) schafft mit Latenzzeiten von unter 1 ms die Voraussetzung für zeitkritische Anwendungen.

In vollem Umfang stehen diese Vorteile allerdings erst in der finalen 5G-Entwicklungsstufe mit dem 3GPP Release 16 zur Verfügung, das für dieses Jahr erwartet wird. Bis entsprechende Produkte verfügbar sind, wird es dann nochmals eine Zeitlang dauern. Das bedeutet jedoch nicht, dass Unternehmen so lange warten sollten. Vieles lässt sich bereits mit LTE/4G umsetzen, das mit jedem Release weiterentwickelt wird und schließlich in 5G mündet. Denn die Funkschnittstelle 5G New Radio (NR) wird auch LTE unterstützen und so einen nahtlosen Übergang von 4G zu 5G ermöglichen. Mit 5G NR stehen zudem Antennensysteme für Beamforming und MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output) zur Verfügung. Diese Technologien tragen erheblich dazu bei, die Zuverlässigkeit zu erhöhen und Latenzen zu verkürzen.

Kombination von 5G und LTE

Ein 5G-Campus-Netz muss nicht ausschließlich auf 5G basieren. Viele industrielle Anwendungen lassen sich auch mit einer NSA (Non-Stand Alone)-Architektur, also der Kombination von 5G mit dem bestehenden 4G/LTE-Netz, realisieren. Dazu gehören etwa die Montage-Unterstützung mit Augmented Reality oder der Remote-Betrieb von Maschinen. Lediglich für Anwendungen, die extrem geringe Latenzzeiten erfordern, ist eine SA(Stand Alone)-Architektur mit einem 5G-Zugangsnetz inklusive NR-Funkschnittstelle und -Endgeräten sowie einem 5G-Kernnetz ein Muss. 

Um die verschiedenen Anwendungsfälle eMBB, mMTC und uRLLC zu realisieren, sind auch die Positionierung der Antennen, das Network Slicing zur Sicherstellung der benötigten Bandbreite für zeitkritische Anwendungen, die Zeitsynchronisation zwischen den einzelnen Einheiten sowie Sicherheitsmaßnahmen entscheidend. 

Vorteil einer NSA-Architektur ist, dass Unternehmen ihre vorhandene Netzwerk-Infrastruktur – drahtgebunden oder drahtlos – nutzen können, etwa industrielles Ethernet-LAN, WAN, SD-WAN, PLCs oder SCADAs. Auch wenn CAT-Kabel sicherer sind, lassen sich durch die Migration auf WiFi 6 innerhalb des Werksgeländes selbst die Anforderungen von zeit- und sicherheitskritischen Anwendungen ohne Verkabelung realisieren und damit mehr Flexibilität gewinnen. 

Das Interworking zwischen 5G und 4G auf Ebene des Zugangsnetzes (RAN, Radio Access Network) und des Kernnetzes (CN, Core Network) wird derzeit im Rahmen des 3GPP diskutiert. Um den Frequenzbedarf zu erfüllen, können Technologien wie Inter-Band NR Carrier Aggregation oder die duale Konnektivität genutzt werden. Dabei werden niedrigere Frequenzbänder aggregiert, wenn sich die volle Abdeckung auf hohen Frequenzen mittels Beamforming nicht erreichen lässt.

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1. 5G jetzt umsetzen!
2. Beispiel-Anwendung: Digital Thread und Digital Twin
3. Die Sicherheitsanforderungen

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