5G und die Zukunft des Internet of Things

Die zweite, dritte und vierte Generation mobiler Netzwerke werden derzeit in verschiedenen Branchen für IoT-Anwendungen genutzt. Von Produktionsüberwachung in Fabriken, Fahrzeugdiagnose und -überwachung im Transportwesen bis hin zu digitaler Beschilderung und Kundenverfolgung im Handel – das Internet of Things steigert die Effizienz, reduziert Ausfallzeiten und senkt die Kosten. Mit der Einführung von 5G wird IoT eine noch dominantere Rolle in zahlreichen Branchen spielen. Bevor wir ausführlich auf 5G, seine Kategorien, Anwendungen und Merkmale eingehen, werfen wir einen kurzen Blick zurück.

Von 1G zu 3G

Das analoge 1G wurde 1981 in Skandinavien eingeführt. Dieses sogenannte NMT-Netzwerk bot internationales Roaming und wurde vor allem für die ersten mobilen (Auto-)Telefone genutzt. In den 1990er Jahren wurde 1G durch 2G (GSM, GPRS und EDGE) ersetzt. Diese zweite Generation mobiler Netzwerke ermöglichte nicht nur Sprachtelefonie, sondern auch das Senden und Empfangen von SMS sowie langsames mobiles Internet. Zudem war 2G das erste Netzwerk, das die Kommunikation zwischen Geräten ermöglichte.

Rund 2001 wurde in den Niederlanden 3G (UMTS, HSDPA und HSDPA+) eingeführt, das für Sprachanrufe, SMS und mobile Daten genutzt wurde. Diese Technologie bot eine größere Reichweite als 2G und gleichzeitig höhere Geschwindigkeiten.

4G

Seit 2010 wurde 3G schrittweise durch 4G-Technologie (LTE – Long Term Evolution) ersetzt. Insbesondere in Bezug auf Bandbreite und Geschwindigkeit eröffnete dieses Netzwerk neue Möglichkeiten für Verbraucher und Unternehmen. Es eignete sich hervorragend für mobile Datenübertragung mit höheren Geschwindigkeiten und IoT-Anwendungen. So nutzen beispielsweise NB-IoT und LTE-M das LTE-Netzwerk.

Überholt oder nicht?

Die Einführung von 5G lässt vermuten, dass 2G mittlerweile überholt ist. Doch das ist nicht ganz der Fall. Weltweit wird dieses Netzwerk weiterhin für IoT-Anwendungen eingesetzt, beispielsweise von Netzbetreibern (Smart Metering) und Notfalldiensten (Kommunikation).

5G: A Giant Leap

Schneller, zuverlässiger und geringere Latenzzeiten

Während 4G ursprünglich für Smartphones entwickelt wurde, wird 5G (New Radio) in erster Linie ein Netzwerk für IoT-Anwendungen sein. Es bietet nicht nur höhere Geschwindigkeiten und größere Kapazität, sondern auch eine deutlich geringere Verzögerung zwischen Senden und Empfangen (Latenz). Dadurch können neben Smartphones auch Fahrzeuge, Roboter und andere smarte Geräte von 5G profitieren.

Innerhalb dieses Netzwerks werden die mobilen Dienste in drei Kategorien unterteilt: eMBB, uRLLC und mMTC.

eMBB – Enhanced Mobile Broadband

Diese Kategorie konzentriert sich auf Anwendungen mit hohem Bandbreitenbedarf, darunter:

• Virtual Reality (VR)
• Augmented Reality (AR)
• Cloud Computing
• Videoüberwachung
• Streaming von HD-Videos

uRLLC – Ultra-Reliable & Low-Latency Communications

Diese 5G-Variante ist auf Latenz-kritische Anwendungen ausgerichtet und wird eingesetzt in:

• Autonomen Fahrzeugen
• Gesundheitswesen (eHealth)
• Robotik
• Industrie 4.0

mMTC – Massive Machine Type Communications

Diese Kategorie umfasst Anwendungen mit hoher Verbindungsdichte, insbesondere LPWA-Technologien wie NB-IoT und LTE-M mit Sensoren und Nodes. Sie ist ideal für:

• Smart Cities
• Smart Buildings
• Smart Agriculture
• Smart Factories

5G-Frequenzen

Vergabe und Ausbau der Frequenzbänder

Technisch gesehen kann 5G in bestehenden Frequenzbändern (z. B. in Kombination mit 4G) genutzt werden. Einige Anbieter bieten 5G über die 1800-MHz-Frequenz an, die sie bereits für 4G verwenden. Technisch gesehen hat ein 5G-Gerät damit Zugriff auf 5G, jedoch liegt die Geschwindigkeit kaum über der von 4G.

Die Europäische Union hat für den 5G-Ausbau in Europa die 700 MHz-, 3,5 GHz- und 26 GHz-Frequenzbänder zugewiesen. Das niederländische Wirtschaftsministerium hat am 29. Juni 2020 die Auktion für das 700-MHz-Frequenzband eröffnet. Im Jahr 2022 wurde die 3,5-GHz-Frequenz versteigert, gefolgt von der 26-GHz-Frequenz.

Unterschiede zwischen den Frequenzbändern:

• 700 MHz: Große Reichweite, weniger Antennen erforderlich. Besonders geeignet für IoT-Anwendungen in Smart Metering und Landwirtschaft, aber weniger für Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungen.
• 3,5 GHz: Höhere Bandbreite, ideal für Virtual Reality, HD-Video und 360-Grad-Video, aber mit eingeschränkter Gebäudedurchdringung.
• 26 GHz: Extrem hohe Geschwindigkeiten, aber begrenzte Reichweite. Ideal für Überwachungskameras in Stadien oder Bahnhöfen.

Es ist noch nicht sicher, ob die 26-GHz-Frequenz in den Niederlanden verfügbar sein wird, da die Regierung derzeit deren Nutzung untersucht.

5G Massive MIMO

Um die Effizienz innerhalb der Frequenzbänder zu maximieren, wird Massive MIMO (Multiple Input Multiple Output) eingesetzt. Diese Technik richtet gerichtete Signale in kleinen Bündeln auf Nutzer und Geräte, wodurch bis zu sechsmal mehr Bandbreite pro Nutzer bereitgestellt werden kann. Massive MIMO wird insbesondere in dicht besiedelten Gebieten genutzt.

Internet of Things & 5G

Low Power Wide Area (LPWA)

LPWA ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie, die speziell für IoT-Anwendungen entwickelt wurde. Sie zeichnet sich durch niedrigen Energieverbrauch, große Reichweite und geringe Bandbreite aus. NB-IoT und LTE-M nutzen die 4G-Netzwerke, doch die 3GPP-Standardisierungsorganisation hat bereits bestätigt, dass diese Technologien weiterentwickelt und in 5G integriert werden.

NB-IoT – NarrowBand IoT

NB-IoT ist ideal für großflächige industrielle Anwendungen in Gebäuden, Fabriken und Landwirtschaft. Vorteile:

• Hervorragende Netzabdeckung
• Batteriebetriebene Sensoren mit 10+ Jahren Laufzeit
• Durchdringt dicke Wände und funktioniert sogar unterirdisch

Nachteile:

• Niedrige Bandbreite
• Nicht für Echtzeitanwendungen geeignet
• Abhängigkeit von Mobilfunkanbietern

LTE-M – Long Term Evolution for Machines

LTE-M ermöglicht Datenverkehr über große Entfernungen mit geringem Energieverbrauch. Vorteile:

• Echtzeit-Datenübertragung
• Geringer Energieverbrauch
• Unterstützt Sprach- und SMS-Dienste

Nachteil:

• Abhängigkeit von Mobilfunkanbietern

Mehr Informationen

Für weitere Informationen kann Kontakt aufgenommen werden unter der Telefonnummer 085-0443500 oder per E-Mail an info@thingsdata.com.