iX 1/2020
S. 56
Titel
Mobilfunk

5G-Campusnetze für industrielle Anwendungen

Angebunden

Achim Born

Jenseits der Diskussion um 5G im öffentlichen Raum wird der Einsatz im industriellen Umfeld erprobt. Passend dazu schafft die Politik die regulatorischen Voraussetzungen für das Betreiben eigener 5G-Netze auf dem Firmengelände.

Die produzierende Branche sieht 5G als wichtigen Baustein für die Digitalisierung und als Fundament für die Industrie 4.0 an. Neben Leistungsmerkmalen wie der im Vergleich zu LTE zehnmal höheren Übertragungsrate und der Echtzeitfähigkeit dient vor allem die extrem hohe Zuverlässigkeit der Vernetzung als entscheidendes Argument für den Einsatz des gehypten Mobilfunkstandards. So lauten wesentliche Ergebnisse einer Umfrage der Managementberatung Detecon und der Universität Regensburg. Vom schnellen, störungssicheren Datenaustausch in den Werkshallen versprechen sich die Protagonisten einen regelrechten Produktivitätsschub, beispielsweise infolge einer flexiblen Anpassung der Produktion an wechselnde Anforderungen – und das bei sinkenden Betriebskosten durch mehr Automatisierung.

Eine Steigerung der Bruttomarge zwischen 5 und 13% sei in Fertigung und Logistik bei einer konsequenten 5G-/LTE-­Vernetzung drin, ergab eine von ABI Research in Kooperation mit dem Netzausrüster Ericsson erstellte Analyse. Die Autoren errechnen unter anderem am Beispiel eines 50000 Quadratmeter großen deutschen Warenlagers den finanziellen Vorteil über eine Laufzeit von fünf Jahren. Das Investitionsvolumen für den Einsatz der benötigten Mobilfunktechnik für Robotik, Warenverfolgung und Zustandsüberwachung der vernetzten Geräte, aber ohne Kosten für Frequenzen, veranschlagen sie auf sechs Millionen Dollar. Im Gegenzug sollen sich eine Ertragssteigerung um 13,2%, ein zusätzliches Durchlaufvolumen von 15,9 Mio. Paletten und operative Einsparungen von 355,5 Mio. Dollar einstellen.

Endlich alles im Fluss

Das große Interesse an Industrial 5G ist angesichts dieses Potenzials verständlich. In der Planung künftiger Produktionsstätten verlieren drahtgebundene Industrienetze an Bedeutung. Sie sollen durch eine leistungsfähige drahtlose Infrastruktur für die Kommunikation zwischen Mitarbeitern, Maschinen und Anlagen ersetzt werden. „In unserer Vision der Fabrik der Zukunft sind nur noch Boden, Wände und Decke statisch und fest. Alles andere ist flexibel, mobil und ordnet sich immer wieder neu“, erklärt Bosch-Geschäftsführer Rolf Najork, zuständig für die Industrietechnik. Diesen Anspruch konnten die bislang zur Verfügung stehenden Kommunikationstechniken nicht erfüllen.

Mit den Optionen, die 5G in der finalen Ausbaustufe bieten soll, ist endlich eine Alternative erkennbar. Die Leistungsdaten der drei grundlegenden Anwendungsprofile klingen jedenfalls beeindruckend: Evolved Mobile Broadband (eMBB) überträgt bis zu 20 GBit/s, Massive Machine Type Communications (mMTC) adressiert bis zu einer Million Komponenten pro Quadratkilometer und Ultra Reliable and Low Latency Communications (uRLL) drückt die Latenz der Funkstrecke auf ­unter eine Millisekunde (siehe Tabelle „5G-Profile für industrielle Anwender“). Mittels Slicing-Technik lassen sich zudem auf einer physischen Netzstruktur mehrere virtuelle Netze mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen bedienen.

5G-Profile für industrielle Anwender
Eigenschaft Anforderung Profilbereich
maximal mögliche Übertragungsrate 20 GBit/s im Downlink, 10 GBit/s im Uplink eMBB
tatsächliche Übertragungsrate im Abdeckungsbereich 1 GBit/s eMBB
maximale Verzögerung durch das Funknetz (Latenz) 1 ms uRLLC
Maximaltempo für Roaming und Dienstgüteanforderungen (Mobilität) 500 km/h eMBB/uRLLC
Zahl der Geräte pro Fläche (Dichte) eine Million pro Quadratkilometer mMTC
Durchsatz pro Einheit und Funkzelle (Spektrumeffizienz) drei- bis viermal so schnell wie 4G eMBB
Gesamtdatenverkehr über den Abdeckungsbereich (Verkehrskapazität) 1000 MBit/s pro Quadratmeter eMBB

5G zahlt mit diesen Eigenschaften ein in die angestrebte Industrie 4.0 mit ihren adaptiven Fertigungszellen, granularer Datenversorgung für Fertigungsstrecken und autonom agierender Robotik und Transportlogistik: So oder ähnlich liest sich die Mobilfunk-Revolution im euphorischen Berater-Slang. Dass die hierzu erforderliche Standardisierung und Zuordnung weiterer Frequenzbänder noch einige Zeit beanspruchen wird, wird dabei gelegentlich vernachlässigt. Weitaus bedeutender für die Protagonisten ist, dass Unternehmen 5G künftig auf dem eigenen Gelände installieren und nutzen können: Die Bundesrepublik beziehungsweise die Bundesnetzagentur als ausführende Behörde reservierte von Beginn an 100 MHz der zur Verfügung stehenden insgesamt 400 MHz Bandbreite im Frequenzbereich zwischen 3,7 und 3,8 GHz explizit für die lokale Nutzung in Industrieumgebungen. 

Die Verknappung auf 300 MHz in den übrigen Bändern hat für die vier an der Frequenzauktion teilnehmenden TK-Firmen – Telekom, Telefónica, Vodafone und 1&1 – gleich zwei unangenehme Nebeneffekte. Sie trieben zum einen im Bietergefecht den Gesamtpreis auf 6,6 Mrd. Euro hoch. Zum anderen ist zumindest ein Teil ihrer Pfründe gefährdet, da die industrielle Kundschaft hierzulande für Aufbau und Betrieb lokaler 5G-Campusnetze nicht mehr auf ihr Angebot angewiesen ist. Die von den interessierten Firmen zu entrichtenden Lizenzgebühren werden vergleichsweise überschaubar sein, was die Lage aus Sicht der Carrier zusätzlich verschärft.

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