Wie 5G die Industrie revolutioniert

5G verspricht ganz neue Möglichkeiten für die Smartphone-Nutzung. Aber auch Unternehmen können riesige Datenmengen nahezu in Echtzeit übertragen. So wird Industrie 4.0 erst möglich.

Die Digitalisierung erfasst mehr und mehr Lebensbereiche. Gerade die jüngsten Erfahrungen aus der Hochphase der Covid-19-Pandemie mit ihren Auswirkungen auf die Arbeitswelt und den Bildungssektor zeigten die Bandbreite digitaler Notwendigkeiten auf. Hierzu braucht es aber auch eine leistungsfähige Infrastruktur.

Eine Schlüsseltechnologie hierbei ist 5G. Schon 2019 wurden in Deutschland in einer Auktion durch die Bundesnetzagentur die vier Anbieter bekannt gegeben, die sich wichtige Anteile an den 5G-Frequenzen sichern konnten: Telefónica, Deutsche Telekom Deutschland, Vodafone und Drillisch. Für die insgesamt 41 Frequenzblöcke mussten die Unternehmen mit gut sechseinhalb Milliarden Euro rund doppelt so viel investieren, wie erwartet.

Verbesserungen für Wettbewerbsfähigkeit

Die Hoffnungen, die auf 5G ruhen, sind groß. Der neue Standard verspricht nicht nur deutliche Verbesserungen für private Smartphone-Nutzer, auch die industrielle Fertigung und damit die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Wirtschaft sollen von der neuen Mobilfunkwelt profitieren.

Die drei zentralen Anwendungsszenarien von 5G

mMTC

Massive Machine-Type Communication (mMTC) ermöglicht eine großflächige Netzabdeckung sowie die Anbindung von hunderttausenden IoT-Geräten pro Quadratkilometer – deutlich mehr als bisher. Das ist besonders relevant für die Prozessindustrie, wo viele unterschiedliche Sensoren installiert sind, mit deren Hilfe jeder Verarbeitungsschritt kontrolliert werden kann. Ein weiterer Vorteil: 5G soll trotz besserer Leistungen weniger Energie benötigen als sein Vorgänger und damit Kosten einsparen.

URLLC

Mindestens genauso wichtig für die Industrie ist, dass mit 5G die Verfügbarkeit des mobilen Netzes (ultra-reliable) und dessen Latenzzeit (low-latency) wesentlich verbessert werden. Relevant ist das etwa für die Bewegungssteuerung von Maschinen oder die Positionsbestimmung bei Robotern. URLLC sorgt für eine hohe Verlässlichkeit des Systems und verspricht Rotmensen zufolge Reaktionszeiten im unteren Millisekunden-Bereich – das ist wesentlich kürzer als beim aktuellen Standard 4G.

eMBB

Das sogenannte enhanced Mobile Broadband (eMBB) ist unter anderem wichtig für drahtlose Anwendungen im Bereich Augmented und Virtual Reality, etwa um durch Einblendungen in einer Datenbrille Mitarbeiter bei der Montage zu unterstützen. Die Rechenleistung kommt dabei direkt aus der Cloud.

„5G bietet viel mehr Möglichkeiten für die Industrie als das heutige Mobilfunknetz“, sagt Sander Rotmensen, Director Industrial Wireless Communication bei Siemens. Einer der Hauptunterschiede ist die starke Fokussierung auf die Kommunikation zwischen Maschinen. Der Anwendungsbereich massive Machine-Type Communication (mMTC) erlaubt eine großflächige Netzabdeckung sowie die Anbindung von bis zu eine Million IoT-Geräten pro Quadratkilometer. Letztlich ermöglicht mMTC erst das Internet der Dinge (IoT).

Die URLLC (Ultra-Reliable Low-Latency Communication) ist noch wichtiger und gilt als wichtiger Bestandteil bei der Entwicklung von Industrie 4.0 und Smart Factories – dort, wo sich Roboter in Zukunft autonom bewegen, und Arbeiten ausführen, wenn alles mit allem kommuniziert. Einer der Vorteile von 5G ist dabei die deutlich geringere Latenz, also die geringere Verzögerung bei der Übertragung. Mit Latenzzeiten unterhalb von 10 Millisekunden ermöglicht 5G die Umsetzung neuer Applikationen, die den Weg zur flexiblen Fabrik eröffnen.

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Große Bedeutung messen Experten wie Sander Rotmensen auch der Etablierung privater Mobilfunknetze in Unternehmen zu, die durch die 5G-Technik ermöglicht wird. Die Bundesnetzagentur hat einen Frequenzbereich von 100 MHz für den industriellen Bereich reserviert. „Unternehmen können für ein Gelände oder ein Werk eine eigene Frequenz beantragen, um dort ein autarkes, privates 5G-Netz aufzubauen und zu verwalten“, erklärt Rotmensen. Solche privaten Netze lassen sich nicht nur nach den Bedürfnissen des jeweiligen Unternehmens maßschneidern, sie versprechen auch deutlich mehr Sicherheit. Denn dadurch, dass die Kommunikation innerhalb eines eigenen Netzes stattfindet, sind die Daten weit besser vor unerlaubten Zugriffen geschützt. „Solche privaten Netze zu etablieren, könnte sich für Deutschland zu einem echten Standortvorteil entwickeln“, sagt Rotmensen und verweist auf andere Länder wie etwa Großbritannien, Japan und die USA, die sich für vergleichbare Ansätze entschieden haben. In vielen anderen Ländern werden die Entwicklungen in diesen Ländern sehr genau beobachtet.

Ein solches Projekt geht 2022 in Betrieb: Das Gelände der Deutschen Messe in Hannover wird auf mehr als 1,4 Millionen Quadratmetern 5G-ready. Dafür hat der Messe-Veranstalter von der Bundesnetzagentur eine Frequenzzuteilung im Bereich 3,7-3,8 GHz erhalten und wird 30 Hallen, Gebäude und das gesamte Freigelände zu einem der größten 5G-Areale Europas ausbauen. Als einer der wichtigsten Aussteller der Hannover Messe baut Siemens in einer der Messehallen in Hannover einen selbst entwickelten Prototypen einer privaten Netzwerk-Technik für ein 5G-Campusnetz mit Fokus auf einen Einsatz in der Industrie auf. In dieser Messehalle werden innovative Lösungen für Industrienetze mit der eigenen 5G-Netzwerkinfrastruktur präsentiert. Das Besondere an der Siemens-Infrastruktur ist, dass sie dauerhaft in der Messehalle verbleibt und der Deutschen Messe zur kommerziellen Nutzung überlassen wird. So können auch andere Kunden damit die Siemens-Technik für ihre Produkte als Testumgebung nutzen.

Robotik und autonome Systeme

Durch den Einsatz privater 5G-Netze, etwa an Produktionsstandorten, können Unternehmen die Vorteile dieser Schlüsseltechnologie voll ausschöpfen. Das ebnet den Weg für richtungsweisende Anwendungen – etwa mobile Roboter in der Fertigung, autonome Fahrzeuge in der Logistik oder Augmented-Reality-Applikationen für Servicetechniker.

Siemens weiß um die Wichtigkeit des Themas 5G für die industrielle Produktion, die Intralogistik oder das Transportwesen und experimentiert deshalb auch selbst damit. Ein erstes Praxisbeispiel ist der erste industrielle 5G-Router von Siemens, der Scalance MUM856-1. Mit diesem Router können Akteure in der Industrie Anlagen, Maschinen, Steuerelemente und andere industrielle Geräte über ein öffentliches 5G-Netz mit hohen Datenraten aus der Ferne überwachen und warten. Das Gerät kann auch in private 5G-Netze eingebunden werden.

Die ersten Anwendungsbeispiele sollen zu einer schnellen Verbreitung der Technologie beitragen. „Wir haben mit dem Thema 5G hauptsächlich die Industrie im Blick“, erklärt Sander Rotmensen. „Die Anwendungsmöglichkeiten sind sehr vielfältig. Und wir wollen mit unserer Expertise und unserem Know-how dazu beitragen, dass 5G mit all seinen Anwendungsmöglichkeiten Unternehmen jeder Größe zugutekommt.“