5G wird oftmals als Nachfolger von 4G bezeichnet. Dabei ist dies lediglich für einen Teil des 5G Spektrums richtig. Denn 5G teilt sich in drei Kategorien auf, die für unterschiedliche Anwendungsszenarien relevant sind. Landläufig werden diese jedoch oftmals alle unter dem Begriff 5G kommuniziert.
5G fasst unterschiedliche Netze und Technologien zusammen. Diese sind im Hinblick auf verschiedene Anwendungsbereiche optimiert und unterstützen diese bestmöglich – von riesigen Bandbreiten, über schnelle, zuverlässige Reaktion, bis hin zu energiesparenden Anwendungen. Ins Bewusstsein sollte man sich jedoch rufen, dass 5G keine eierlegende Wollmilchsau ist. Eine große Bandbreite und Videoübertragung in Echtzeit bei einer mehrjährigen Batterielaufzeit, ist auch mit 5G utopisch.
Insofern ist es unabhängig von der eingesetzten Technologie und dem verwendeten Netz weiterhin unumgänglich die Applikation im Vorhinein ganz exakt zu definieren. Die grundlegenden Fragestellungen wann werden welche Daten in welcher Auflösung mit welcher Zuverlässigkeit benötigt, sind signifikant bevor es an die technische Spezifikation geht.
3 Kategorien von 5G
- eMBB – enhanced Mobile Broad Band
Hierbei geht es um die Geschwindigkeit und Bandbreiten von > 10 Gb/s. Dies ist der Bereich, der in der Konsumerelektronik und der Berichterstattung zum Endkunden hin meist im Vordergrund steht. Der Traum von Smartphones, die innerhalb kürzester Zeit 4k-Videos wiedergeben und downloaden. Aber auch Virtuell Reality und Artificial Intelligence Anwendungen sind aufgrund der enormen Datenmenge in diesem Spektrum angesiedelt. Dieser Bereich ist somit auch am ehesten als Fortsetzung von 4G zu betrachten.
Im Internet der Dinge werden oftmals eher geringe Datenmengen benötigt, zusätzlich wünscht man sich Ultra Low Power beziehungsweise energiesparende Anwendungen. eMBB ist darauf nicht ausgelegt.
- mMTC – massive Machine Type Communication
Bei mMTC steht die Langlebigkeit und eine damit einhergehende stromsparende Arbeitsweise im Vordergrund. Die Applikationen sollen am Feld eine Laufzeit von bis zu 10 Jahren erreichen. Die Übertragungsrate ist beschränkt (~ 1MB/s), was für viele Internet der Dinge Anwendungen völlig ausreichend ist. Beispielsweise bei einem Wasser- oder Stromzähler ist es ausreichend die Messewerte im normalen Betrieb alle paar Stunden zu übertragen. Mit einer Komprimierung wird die Datenmenge zusätzlich gering gehalten. Erste Ausprägungen von mMTC sind LTE-Cat-M1 oder NB-IoT.
In Österreich stellen die Provider bereits Netze zur Verfügung und Microtronics hat erste Testprojekte mit Kunden im Feld am Laufen.
- URLLC – Ultra Reliable Low Latency Communication
Wie der Name bereits sagt, geht es bei URLLC um hochzuverlässige Kommunikation mit geringer Latenzzeit. Anwendungen also, die nicht ausfallen dürfen und gleichzeitig sehr kurze Reaktionszeiten ermöglichen. Die Verzögerung spielt sich dabei im Bereich von 1ms ab. In diesem Bereich sind zukunftsträchtige Thematiken wie autonomes Fahren zu Hause. Aber auch die Möglichkeit chirurgische Eingriffe von Experten und Spezialisten aus der Ferne durchführen zu lassen, könnte mit URLLC Realität werden.
Für jede Anwendung die passende Hardware
Bei Betrachtung dieser 3 Kategorien wird schnell klar, dass sie für völlig unterschiedliche Anwendungsfälle gedacht sind. Überwachen Sie die Kühlkette von Gemüse mit 5G URLLC, schießen Sie weit über das Ziel hinaus. Kosten und Nutzen stehen in keinem Verhältnis mehr. Es wird ausreichend sein alle 5 bis 10 Minuten die Werte zu messen. Verläuft alles normal und wird keine kritische Temperatur erreicht, übertragen Sie die Werte jede Stunde an den Server. Wenn es dabei zu ein paar Minuten Verzögerung kommen sollte, ist dies kein Problem. Im Falle des Erreichens einer kritischen Temperatur versenden Sie umgehend einen Alarm. Selbst im Alarmfall sind Verzögerungen von bis zu einigen Minuten vertretbar. Schließlich ändert sich ein Temperaturverlauf nicht derartig rasant.
Da für die drei 5G Kategorien jeweils eine andere Hardware benötigt wird, ist es relevant sich im Vorhinein genau zu überlegen welche Anforderungen die Applikation mit sich bringt. Denken Sie an Rauchmelder, die mit 5G ausgestattet sind. In dieser Applikation wird mMTC verwendet, da nur wenige Daten gesendet werden. Der Endpreis des smarten Rauchmelders muss niedrig sein und die Stückzahlen sind sehr hoch.
Im Gegensatz zum Rauchmelder steht das mit URLLC autonom fahrende Auto. Super schnelle Übertragung und hohe Rechenleistungen werden gefordert. Die Kommunikation muss zuverlässig und gesichert sind. Die Folgen einer zu langsamen oder nicht funktionierenden Verbindung könnten verheerend sein. Betrachtet man diese beiden Beispiele wird schnell klar, dass ein derartiger Spagat zwischen enorm hoher Rechenleistung und Verfügbarkeit und zeitgleich geringen Stückkosten für hunderttausende Geräte nicht möglich ist. Deshalb ist für jede Kategorie eine eigene Hardware notwendig, die die Anforderungen exakt abbildet und das perfekte Match zwischen Kosten und Nutzen darstellt.
Status quo
Eine Vielzahl an Internet of Things Applikationen und Anwendungen wie Verbrauchszähler und Co werden sich im Bereich mMTC abspielen. Erste Applikationen sind bereits im Testbetrieb am Feld.
Kommt man in einer Anwendung mit der beschränkten Bandbreite bei mMTC nicht aus, kann auf eMBB zurückgegriffen werden. Diese Kategorie ist aktuell am weitesten ausgebaut. eMBB ist bereits in ersten Smartphones verfügbar. Da einige der aktuell aufgestellten 5G Testsender nur über eMBB verfügen und die benötigte Hardware wesentlich rascher und einfacher verfügbar ist, werden mögliche mMTC-Use Cases im Moment für den Testbetrieb über eMBB realisiert.
Für sicherheitskritische Anwendungen beziehungsweise Applikationen die eine hoch zuverlässige Kommunikation voraussetzen, ist der URLLC Bereich sehr spannend. Die Potentiale und Möglichkeiten URLLC für Internet of Things Anwendungen zu nutzen sind vielfältig, wenngleich sich diese aktuell noch eher in der Konzeptionsphase befinden.
Die Technologie und die Entwicklungen rund um 5G schreiten voran. Microtronics hat diese nicht nur im Blick, sondern hat mit ersten Use Cases bereits Erfahrungen gesammelt.
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