Jeder Fabrik ihr 5G-Netz

Von Industriestandort zu Industriestandort, überall, wo Unternehmen robuste, ultraschnelle und mit großer Bandbreite ausgestattete Netzwerke brauchen, werden in den kommenden Jahren private 5G-Funknetze aufgebaut. Vom automatisierten Regalsystem über die Fertigungsstraße bis hin zu Augmented Reality und Robotern – der neue Mobilfunkstandard wird pro Quadratkilometer hunderttausende Geräte in Echtzeit steuern. Zum Einsatz kommt Industrial 5G in Deutschland voraussichtlich ab 2023, ebenso in Großbritannien, USA und anderen Ländern.

 

Handynutzern ist der Reiz von 5G verständlich, können sie doch so 4K-Filme auf der grünen Wiese genießen. Für die Industrie dagegen bedeutet es weit mehr: Einen Meilenstein auf dem Weg zur Industrie 4.0, in der smarte Fabriken dank durchgehender Digitalisierung und des Internets der Dinge flexibler und produktiver werden. 5G ist 10 bis 20 mal schneller als das heutige LTE und verbraucht im Vergleich pro übertragenem Bit nur ein Tausendstel an Energie. „Niedrige Latenzzeiten, immense Bandbreiten, Kontrolle über eigene Daten, individuelle Anpassung – private Netzwerke eröffnen der Industrie ungeahnte Möglichkeiten“, sagt Sander Rotmensen, Leiter Produktmanagement für drahtlose Industriekommunikation bei Siemens.

Kooperationen mit Telekommunikationsunternehmen

Bevor die privaten Netze in den kommenden Jahren in die Realität umgesetzt werden, gilt es aber laut Fahrplan noch einige Stationen zu passieren. Eine Erste hat Deutschland im letzten März erreicht. Die Bundesnetzagentur hat im Rahmen einer Versteigerung von 5G-Frequenzen an Mobilfunkbetreiber einen Teil des Spektrums – zwischen 3700 MHz und 3800 MHz – für lokale Netze in der Industrie, in Forschungseinrichtungen und in der Landwirtschaft reserviert.

 

Das gelang nicht zuletzt durch die Unterstützung von Siemens, anderen namhaften Industrieunternehmen und Industrieverbänden. Dieses Frequenzband ist für den kleinräumigen Einsatz besonders gut geeignet. „Dass die Industrie direkten Zugriff auf diese Frequenzen hat ergibt Sinn“, sagt Rotmensen. „Schließlich kennen wir die Anforderungen für unsere Anlagen am besten. Was für die Industrie letztlich zählt, ist möglichst effizient zu arbeiten und das bedeutet auch mit höchster Verfügbarkeit der Netzinfrastruktur.“

Proof of Concept-Demos

Wenig überraschend investieren in Deutschland bereits Unternehmen wie Audi, Mercedes-Benz, BASF, aber auch z. B. die Deutsche Messe AG in 5G. Doch auch andernorts wird die Grundlage für industrielle 5G-Netze gelegt. So bietet die Initiative ‚Citizen Broadband Radio Service‘ (CBRS) in den USA heute bereits die Frequenz zwischen 3550 MHz und 3700 MHz für lokale Netze an. Und ‚Ofcom‘, die britische Medienaufsichtsbehörde, hat in einem im Juni 2019 veröffentlichten Whitepaper angekündigt, sie plane, die Frequenzbänder von 3,8 bis 4,2 Ghz, 1800 MHz, 2300 MHz und 26 GHz für lokale Betreiber zur Verfügung zu stellen.

 

Doch ehe Industrieunternehmen mit diesen Frequenzen arbeiten können, muss der 5G-Standard um die industriellen Anforderungen weiterentwickelt werden. Der erste Schritt soll mit dem ‚Release 16‘ des internationalen Mobilfunkgremiums 3GPP Mitte 2020 erfolgen. Damit kann dann die Hardwareentwicklung – Infrastruktur und Endgeräte – für lokale Produktionsstätten gestartet werden. Und sind schließlich auch die Gebühren für die Frequenznutzung abgeklärt – für Investitionen in Industrial 5G kein zu vernachlässigendes Detail – steht ersten Proof of Concept-Demos nichts mehr im Wege. 

Drahtlose Kommunikation wird weiterentwickelt

Die Vorteile von privaten Netzen liegen auf der Hand: Unternehmen können den Datenverkehr nach Belieben verfolgen, speichern, analysieren, lenken und flexibel konfigurieren. Das erlaubt Firmen, die Schnelligkeit und Zuverlässigkeit zu garantieren, die für ihre Prozesse – all ihre Logistik- und Produktionsabläufe – nötig ist. „Sobald das ‚Release 16‘ veröffentlicht ist, testen wir das konkrete Potential“, sagt Rotmensen. „Doch schon jetzt ist klar, dass sich 5G besonders dann eignet, wenn ein Unternehmen seine Produktion in Echtzeit verfolgen oder Daten am ‚Rande‘ des eigenen Netzwerkes (Edge-Anwendungen) verarbeiten will, statt alles erst in die Cloud zu senden.“

 

Drahtlose Kommunikation ist in der Industrie freilich kein Novum. So setzt Siemens heute mit RUGGEDCOM WIN eine private WiMAX Funk-Lösung in unterschiedlichen Branchen ein, aber mit Schwerpunkt im Umfeld SMART Grid zur Überwachung und Steuerung von Stromnetzen. Außerdem gibt es vereinzelt bereits private LTE-Netze, beispielsweise in Fabriken oder Häfen. Siemens hat für die drahtlose Kommunikation in der Industrie schon über 15 Jahre erfolgreich Industrial WLAN im Einsatz und erfüllt hier alle notwendigen Anforderungen bis hin zu Wireless Safety. Auch mit Industrial 5G wird parallel IWLAN weiterentwickelt, da weltweit nicht überall private Industriefrequenzen für 5G zur Verfügung stehen. Doch all das kann nicht annähernd den Leistungsumfang von 5G bieten.

Privates Spektrum muss sich international etablieren

Wichtig auf dem Weg zum Industrial 5G ist jedoch, dass sich das private Spektrum für lokale Anwendungen international etabliert. Denn nur dann können die auf 5G basierenden Technologien weltweit erfolgreich in der der Industrie eingesetzt werden. „Noch bevor lokale Industrienetze an den Start gehen“, sagt Rotmensen, „wird Siemens Lösungen für das industrielle 5G-Netz umfangreich testen.

 

Realistische Vorstellungen

Drei Fragen an Herbert Wegmann, General Manager Industrial Communication and Identification bei Siemens, zu den Chancen – und Grenzen – von 5G.

 

Von 5G ist bereits seit längerem die Rede, doch die Standards für das industrielle 5G soll es erst Mitte 2020 geben. Werden Sie nicht ungeduldig?

 

Herbert Wegmann: Nein, das ist jetzt nur noch eine Frage der Zeit. Wichtig ist, dass die Anforderungen aus der Industrie in dem Release 16 (voraussichtlich M2020) und 17 (voraussichtlich E2021) der 3GPP (Organisation zur Standardisierung im Mobilfunk) standardisiert werden. Ein weiterer wesentlicher Schritt für die Akzeptanz in Industrieunternehmen war die Entscheidung der Bundesnetzagentur, Unternehmen, die 5G in ihrer Fabrik einsetzen wollen, den Aufbau eigener lokaler Netze zu ermöglichen.. Jetzt ist klar, dass wir in Deutschland das Frequenzband von 100 Mhz zwischen 3,7 und 3,8 Ghz für industrielle Anwendungen mit hohem Quality of Service nutzen können. Darüber sind wir nicht nur froh, weil wir uns dafür eingesetzt haben, sondern weil erst Industrial 5G es uns ermöglicht, die Industrie komplett zu vernetzen.

 

Welche Eigenschaft von 5G beeindruckt Sie am meisten?

 

Wegmann: Die Zahlen – eine Million vernetzte Einheiten pro Quadratkilometer, eine Übertragungsrate von bis zu 20 Gigabit pro Sekunde und eine Reaktionszeit von nur wenigen Millisekunden – sprechen für sich. Was mich jedoch am meisten beeindruckt, ist, was dadurch möglich wird: die Entwicklung ganz neuer flexibler Fabrikkonzepte. Sie können den Produktionsbereich jederzeit dynamisch, entsprechend den aktuellen Gegebenheiten, anpassen, ohne dabei große Änderungen an der Infrastruktur vornehmen zu müssen. Von da ist es nicht mehr weit zur sich selbst organisierenden Fabrik.

 

Gibt es auch Grenzen für 5G?

 

Wegmann: Sicher, da muss man mit realistischen Vorstellungen herangehen. Wenn man sich die drei Vorteile von 5G – Bandbreite, Zahl der angeschlossenen Geräte und Servicequalität – in einem Dreieck vorstellt, dann können Sie das nicht an allen drei Seiten beliebig weit aufziehen. Das heißt für Industrieanwendungen, wenn man hohe Quality of Service für deterministische Automatisierungssysteme benötigt, dann steht nicht mehr die komplette Bandbreite und das maximale Mengengerüst von 5G zur Verfügung. Deshalb ist das lokale Frequenzband für die Industrie so wichtig, denn nur so kann der jeweilige Anwender das Funknetz ähnlich dem Ansatz beim kabelgebundenen TSN (Time-Sensitive Networking) für seine Anwendungen optimieren.

15.11.2019

Hubertus Breuer

 

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