Digital Scout HMI 2021

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HANNOVER MESSE DIGITAL EDITION 2021
WAS BEDEUTET 5G
FÜR DEN KONSTRUKTEUR?
Was bedeutet 5G für den Konstrukteur? Diese Frage
ist nicht so einfach zu beantworten, da sich mit 5G
die Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten gegenüber
existierenden Funktechnologien stark erweitert
hat. Es gibt also nicht die eine Lösung für alle, die Bandbreite an
Möglichkeiten ist dafür einfach zu groß. Aber anhand von ein
paar Kriterien, lässt sich der Entscheidungsraum für den Anwender
dennoch etwas übersichtlicher gestalten.
Mit 5G gibt es erstmals einen Funkstandard, der mit dem
Anspruch antritt, eine große Bandbreite unterschiedlicher
Applikationen mit teilweise konträren Anforderungen zu
ermöglichen. Im Wesentlichen gibt es für den Mobilfunkstandard
drei ausschlaggebende Leistungsparameter, die häufig in
einem Dreieck visualisiert werden: Auf der einen Seite steht mit
„enhanced Mobile Broadband“ (eMBB) die Steigerung des Datendurchsatzes;
hier werden bis zu 20 Gbps Peak-Datenrate und
ca. 100 Mbps im Durchschnitt pro Nutzer erreicht. Der zweite
Eckpunkt markiert die „Ultra-Reliable Low Latency Communication“
(URLLC) mit einer Latenz kleiner gleich 1 ms. Der dritte
Eckpunkt steht schließlich für „massive Machine Type Communication
(mMTC)“ mit extrem vielen Endgeräten bei geringer bis
moderater Datenrate und geringem Energieverbrauch.
Allein hierdurch ergibt sich eine große Bandbreite an unterschiedlichen
Einsatzmöglichkeiten und Anwendungen. Diese
reichen vom IoT-Sensor zur Überwachung von Prozessparametern
über den Einsatz bei der Maschinensteuerung bis hin
zu klassischen Mobilfunkanwendungen, wie beispielsweise
dem Einsatz von AR-Brillen bei der Maschinenwartung. Die
Industrie 4.0 gehört damit sicherlich zu den Einsatzgebieten
von 5G mit der größten Bandbreite an Anforderungen und
Einsatzgebieten.
Ein weiteres wichtiges Kriterium ist die Unterscheidung
zwischen lokalen Campus-Netzen und den
überregionalen öffentlichen Mobilfunknetzen.
In Deutschland gibt es erstmals die Möglichkeit
auf dem Firmengrundstück ein eigenes,
lokales und geographisch beschränktes
Mobilfunknetz in einem lizenzierten Band
aufzubauen. Hierzu ist die Beantragung
einer entsprechenden Lizenz bei der
Bundesnetzagentur erforderlich. Der
Frequenzbereich, der in Deutschland
hierfür vorgesehen ist, liegt zwischen
3,7 und 3,8 GHz. Die Vorteile für den
Nutzer sind volle Kontrolle über
Nutzung und Speicherung der Daten
und die Auslegung bzw. Architektur
des Netzes. Allerdings muss der
Campusnetzbetreiber sein eigenes
Mobilfunknetz planen, aufbauen und
den laufenden Betrieb sicherstellen.
Ebenfalls mitzudenken ist, dass es
lokale Netze nur in wenigen Regionen
der Welt gibt und dann auch nicht notwendigerweise
im gleichen Frequenzbereich.
Dies führt mich gleich zum nächsten
Punkt: den Frequenzbändern sowie
der Auslegung und Verfügbarkeit der öffent-
lichen Netze am Einsatzort. Ist eine weltweite oder zumindest
multi-nationale Nutzung einer Anlage geplant, so sollte darauf
geachtet werden, dass passende Funkmodule für die landesspezifischen
Frequenzbänder am Markt verfügbar sind. Überdies
ist zu berücksichtigen, dass die genutzte 5G-Funktionalität
auch von den jeweiligen lokalen Mobilfunkoperatoren unterstützt
bzw. in der Campusnetz-Infrastruktur vorhanden ist. Es
ist also wichtig, dass die Endgeräte (Funkmodule) zur genutzten
Mobilfunk-Infrastruktur vor Ort passen.
Eine weitere Dimension der Unterscheidung bietet der Einsatzzweck:
Wird 5G genutzt, um einen anderen Funkstandard
zu ersetzen? Dann ist mit den geringsten Herausforderungen
für den Konstrukteur zu rechnen. Oder soll eine vorhandene
Kabelverbindung durch ein Funkmodul ersetzt werden? In
diesem Fall ist es nötig, auf die erforderliche Datenrate, Latenz,
Zuverlässigkeit und Leistungsaufnahme zu achten, um die
passende Wahl zu treffen. Oder geht es um völlig neue Anwendungen,
die erst durch den Einsatz von 5G möglich werden? Das
ist sicherlich die spannendste Variante, für deren Planung ich
hoffentlich ein paar Anregungen liefern konnte.
Bild: Fraunhofer IIS/Paul Pulkert
www.iis.fraunhofer.de
5G EIGNET SICH FÜR VIELFÄLTIGE
APPLIKATIONEN MIT TEILS
KONTRÄREN ANFORDERUNGEN
BERNHARD NIEMANN, ABTEILUNGSLEITER BREITBAND UND RUNDFUNK,
FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR INTEGRIERTE SCHALTUNGEN IIS
www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2021/04 65