5G ist schon lange in aller Munde und erste Netze wurden bereits gebaut und erste Tests durchgeführt. Aber welche wirklichen Vorteile wird 5G bringen? Wie wird sich die mobile Infrastruktur verändern? Und was passiert mit LTE? Müssen nun alle Designs direkt an 5G „übergeben“ werden?
Bei der Entscheidung, ob und wann Unternehmen mit der Einführung von 5G beginnen sollten, lohnt es sich, einen Blick auf die drei Schlüsselaspekte von 5G zu werfen. Da diese Elemente auf unterschiedliche Anwendungen zugeschnitten sind, bietet jedes unterschiedliche Erweiterungen:
eMBB (Erweitertes mobiles Breitband – Enhanced Mobile Broadband) mit Datenübertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 20 Gbit/s Es zielt auf Anwendungen mit hoher Bandbreite und digitalem Lifestyle wie HD-Video, Virtual Reality und Augmented Reality ab. Diese Hochgeschwindigkeitsdatenraten ermöglichen ultraschnelles Laden von Webseiten und a Streaming von Videoinhalten ohne Unterbrechungen.
mTCM (Massive Maschinenkommunikation – Mass Machine Type Communications) bietet dank der sehr hohen Verbindungsdichte von MTC-Geräten überall in städtischen Umgebungen eine stabile Netzabdeckung. In der finalen Ausbaustufe von 5G sollen eine Million dieser Verbindungen pro Quadratkilometer unterstützt werden können, sodass zahlreiche Geräte gleichzeitig in derselben Funkzelle Daten senden und empfangen können, ohne die anderen zu stören. Damit gehören Verbindungsprobleme an Sportstätten oder Musikfestivals der Vergangenheit an.
uRLLC (Extrem zuverlässige Kommunikation mit geringer Latenz – Ultra-Reliable Low Latency Communications) bietet Anwendungen eine Latenz von weniger als 1 ms zeitkritisch wo Zuverlässigkeit nicht wichtig ist – aber unerlässlich. Dies ist in erster Linie zwingend erforderlich, um autonomes Fahren, Car-to-Car (C2C)- und Car-to-Everything (V2X)-Kommunikation sowie Cloud-basierte Predictive Maintenance zu ermöglichen.
Neue Infrastruktur für 5G
Die ersten 5G-eMBB-Produkte sind jetzt auf dem Markt erhältlich, basierend auf 3GPP-Version 15. Viele erreichen jedoch nicht das Ziel, eine Datenrate von 20 Gbit/s anzubieten. Die LTE/Sub-6-GHz-Bänder (Frequenzbereich 1, FR1)-Systeme können hierfür auch keine ausreichende Bandbreite bereitstellen, weshalb für 5G neue Bänder benötigt werden – die mmWave-Ultrahochfrequenzbänder von 24 bis 100 GHz (FR2).
Diese Bänder erfordern eine völlig neue Mobilfunkinfrastruktur, da ein LTE-Funkturm eine Fläche von mehreren Quadratkilometern um sich herum abdeckt. Millimeterwellen (mmWave)-Signale unterstützen nur eine Reichweite von bis zu einem Kilometer – und zwar nicht rundherum wie LTE-Signale, sondern nur in eine Richtung.
Trotzdem starten viele Unternehmen bereits ihre 5G-eMBB-Projekte, die durch das Frequenzband unterstützt werden 5G n78 (von 3,3 bis 3,8 GHz). Damit lassen sich private oder firmenspezifische Mobilfunknetze aufbauen, sogenannte Campus Area Networks (Campus-Netzwerke), die es Unternehmen wiederum ermöglichen, weitgehend unabhängig von Mobilfunkanbietern zu sein – und einen Vorsprung beim Aufbau ihrer Smart Factories zu erlangen.
Langfristige Evolution, die dem Namen alle Ehre macht
Die Einführung der neuen Standards 5G NR (Neues Radio) Macht es aktuelle LTE-Designs obsolet? Diese Frage erscheint berechtigt, da sich viele 5G-FR1-Frequenzbänder mit LTE-Bändern überschneiden. Aber keine Sorge – Technologien wie DSS (Dynamische Frequenzfreigabe – Dynamic Spectrum Management) erlauben verschiedenen Standards wie LTE und 5G, sich dasselbe Frequenzband zu teilen.
5G NR wird ebenfalls unterstützt LTE-IoT im Band– das ist LTE-M mit NB-IoT, also wird „Long Term Evolution“ (LTE) seinem Namen auch weiterhin alle Ehre machen. Die neuesten LTE-M- und NB-IoT-Lösungen sind jetzt verfügbar und kompatibel mit 3GPP-Version 14. Beide Technologien werden mit jedem neuen 3GPP-Release kontinuierlich weiterentwickelt, bis schließlich ab sofort mit dem 3GPP-Version 16, werden 5G mMTC. Dies setzt voraus, dass LTE-IoT-Geräte, die derzeit mit LTE-M und NB-IoT arbeiten, weiterhin unter 5G NR funktionieren. Dies gilt sowohl für 5G Standalone (SA)-Netze, bei denen 5G NR ein 5G-Kernnetz verwendet, als auch für Non-Standalone (NSA)-Netze, bei denen 5G NR-Dienste über ein 4G/EPC-Netz bereitgestellt werden (Evolved Packet Core – Evolved Package Core).
Dadurch ist es nicht nur möglich, dass bestehende LTE- und LTE-IoT-Designs weiterhin nahtlos unter 5G funktionieren – es wird auch empfohlen, mit der Arbeit an einer LTE-M/NB-IoT-Lösung für mMTC-Anwendungen zu beginnen, um einen nahtlosen Übergang zu gewährleisten Keine Probleme in der Zukunft.
Komponenten für die ersten Schritte
Wenn Sie direkt zu 5G springen möchten, Rutronik Die richtigen Komponenten dafür haben Sie bereits. Für eMBB-Bereitstellungen die 5G/LTE-Karte FN980m de Telit ist einer der ersten, der 5G 3GPP Release 15 mit FDD und TDD auf Sub-6-GHz-Frequenzen sowie Millimeterwellen – mmWave, LTE, WCDMA und GNSS – unterstützt. Daher bietet 5G eine Verbindungskapazität von bis zu 5,5 Gbit/s (Downlink) und bis zu 2,7 Gbit/s (Uplink), während 4G nur 2,4 Gbit/s im Downlink und 211 Mbit/s im Uplink. Mit dem Standardformat M.2 (NGFF) und einer Betriebstemperatur von -40 bis +85 °C eignet es sich für feste WLAN-Zugangspunkte mit hohen Übertragungsgeschwindigkeiten, Unternehmensrouter und Gateways, Indoor- und Outdoor-Endgeräte (Kundenspezifische Ausrüstung, CPE), Videoübertragung und Überwachung. Die FN980-Karte ist auch als reine 5G/LTE-Sub-6-GHz-Lösung erhältlich.
Quelle: Telit
Telit hat das Modul eingebunden MX310G1 An seine Familie xE310 speziell für mMTC-Anwendungen. Unterstützung für 3GPP Release 14 Cat M1/NB2 mit Power Saving Mode (PSM) und Erweiterter unterbrochener Empfang (eDRX) unterstützt IoT-Anwendungen mit geringem Stromverbrauch und längerer Akkulaufzeit. Es ist ideal für Anwendungen mit Tausenden oder Millionen von IoT-Geräten, bei denen Energieeffizienz und Kosten wichtiger sind als Datengeschwindigkeiten (z. B. medizinische Geräte, Armbänder usw.). Fitness, Industriesensoren oder Smart Meter). Mit einer maximalen Kopplungsdämpfung (MCL) von bis zu 15/20 dB bietet das Modul außerdem eine Verbesserung der Abdeckung und damit eine höhere Gebäudedurchdringung gegenüber früheren mobilen LTE-Standards.
Nordic Semiconductor bietet mit dem SiP-Modul auch eine Lösung für LTE-M und NB-IoT (3GPP Release 13) an (System im Paket) nRF9160. Dieses hochintegrierte und äußerst kompakte SiP ist für den weltweiten Betrieb vorzertifiziert. Es verfügt über die Anwendungs-MCU, eine ARM-Cortex-M33-CPU mit ARM-TrustZone- und ARM-CryptoCell-Sicherheitstechnologien, das LTE-Modem und Datenmanagement. Front-End HF und Leistung in einem 10 × 16 × 1 mm großen Gehäuse. Für die Warenverfolgung mit präziser Positionserkennung gibt es eine Version mit GPS-Unterstützung. Mit vielen analogen und digitalen Schnittstellen und Peripheriegeräten eignet sich der nRF9160 besonders, um Geräte über das Mobilfunknetz mit dem Internet zu verbinden. Es ist auch ideal für Logistik und Warenverfolgung, Smart Metering, intelligente Städte, intelligente Infrastruktur, intelligente Landwirtschaft, Wearables und medizinische Anwendungen.
Antennen für 5G-Anwendungen
Auch 5G-Antennen gehören zum Rutronik-Katalog. Mit einem Frequenzbereich von 698 bis 6000 MHz die Ultrabreitband-Dipolantenne der Serie W3554 de Drücken Sie Larsen Sie eignet sich nicht nur für 5G-Anwendungen, sondern auch für 2G, 3G und 4G sowie GNSS, WiFi, Bluetooth, Bluetooth Low Energy, ZigBee und die ISM-Bänder 868, 915, 2400 und 5000 MHz Die PCB-Antenne misst 30 × 120 × 0,2mm.
SMD-5G-Antenne W3415 Der Compact von PulseLarsen unterstützt alle Sub-6-GHz-Bänder (4G und 5G) mit einer Größe von 40 × 7 × 3 mm. Mit mehreren Antennen auf einer Karte, MIMO (Mehrfacheingabe, Mehrfachausgabe) ermöglicht eine optimale Nutzung von 5G. Eine Antenne kann als Hauptantenne und die andere als Diversity-Antenne verwendet werden.
Stromversorgung, Computing und andere Aspekte von 5G
Aufbau eines Campus-internen Netzwerks, FSP bietet spezielle 5G-Netzkomponenten an, die sich ideal für die Stromversorgung von Basisstationen, Zugangsnetzen, Rechenzentren oder einzelnen Netzwerkgeräten eignen. Dank des erweiterten und überarbeiteten Katalogs des Herstellers gehört die Notwendigkeit, Netzwerkkomponenten selbst zu entwerfen, der Vergangenheit an.
Auch Rutronik ist entwicklungsfähig maßgeschneiderte Lösungskonzepte zur webbasierten Informationsverarbeitung mit Produkten von Asus, Advantech und Intel. Und wenn selbst das umfangreiche Angebot des Distributors nicht alle Bedürfnisse eines Kunden befriedigen kann, kann Rutronik als Mitglied im auf zahlreiche Partnerunternehmen zurückgreifen 5G-Campus-Netzwerk-Allianz.
Fazit
Um eine globale 5G-Netzabdeckung anbieten zu können, wird die mobile Infrastruktur große Veränderungen erfahren, insbesondere durch Campusnetze. Die treibende Kraft für solche Änderungen liegt in den Verbesserungen, die durch 5G-Anwendungsprofile ermöglicht werden. Doch wer auf Basis von LTE entwickelt, hat nichts zu befürchten: LTE wird mit 5G überleben.
Autor: anja schal, Teamleiter Produktmarketing Wireless bei Rutronik
