5G RedCap schafft Planungssicherheit für industrielle Infrastrukturen
Versorgungsunternehmen sowie Betreiber in der Öl- und Gasindustrie nutzen vernetzte Infrastrukturen häufig über einen Zeitraum von 10 bis 15 Jahren. In einem technischen Blogbeitrag erläutert Semtech, wie 5G Reduced Capability, kurz 5G RedCap, gegenüber 5G Enhanced Mobile Broadband, kurz eMBB, Migrationsrisiken durch LTE-Fallback, geringeren Energiebedarf und eine einfachere Integration reduzieren kann.
Lange Anlagenlebenszyklen erhöhen das Migrationsrisiko
Smart-Metering-Netze, Systeme zur Pipelineüberwachung und Plattformen für die Automatisierung von Umspannwerken sollen über viele Jahre zuverlässig funktionieren. Die Mobilfunkanbindung wird jedoch häufig danach ausgewählt, welche Netze und Geräte zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme verfügbar sind.
4G LTE ist weiterhin ausgereift, weit verbreitet und vollständig in Betrieb. Eine bevorstehende Abschaltung wurde nicht angekündigt. Die früheren Übergänge von 2G und 3G haben jedoch gezeigt, dass Mobilfunkgenerationen in der Regel schrittweise auslaufen.
Unterstützung und Investitionen gehen zurück, während kompatible Hardware schwieriger zu beschaffen ist. Betreiber können dadurch schließlich zu einer Migration gezwungen werden, deren Zeitpunkt sie nicht selbst bestimmen.
Bei Hunderten oder Tausenden installierten Geräten entstehen die wesentlichen Kosten nicht allein durch den Austausch der Kommunikationstechnik. Vor-Ort-Einsätze, Fahrten zu abgelegenen oder gefährlichen Standorten, Betriebsunterbrechungen, Neukonfigurationen und Rezertifizierungen können den Gesamtaufwand erheblich erhöhen.
Warum 5G eMBB für viele IIoT-Anwendungen überdimensioniert ist
5G Enhanced Mobile Broadband wurde für Anwendungen mit sehr hohen Datenraten entwickelt. Smart Meter, Drucksensoren und Fernwirkgeräte, sogenannte Remote Terminal Units, benötigen in der Regel deutlich weniger Bandbreite und eine weniger komplexe Hardware.
Für diese Anwendungen kann eMBB höhere Gerätekosten, einen größeren Energiebedarf und aufwendigere Antennenkonfigurationen verursachen, ohne einen entsprechenden betrieblichen Mehrwert zu bieten.
Solange 4G-Netze verfügbar sind und keine Abschaltung angekündigt ist, lässt sich eine erzwungene Migration von LTE zu 5G eMBB daher wirtschaftlich nur schwer begründen.
RedCap schließt die Lücke zwischen LTE und 5G eMBB
5G Reduced Capability wurde mit 3GPP Release 17 speziell für Anwendungen des Industrial Internet of Things eingeführt. Für Versorgungsunternehmen und Betreiber in der Öl- und Gasindustrie ist daher nicht nur der Vergleich mit 5G eMBB relevant, sondern vor allem mit LTE Cat-4 und LTE Cat-6.
Diese LTE-Standards werden derzeit in einem großen Teil der industriellen Infrastruktur eingesetzt. Nach Angaben von Semtech sind 5G-RedCap-Geräte in der Anschaffung nur geringfügig teurer als vergleichbare LTE-Systeme.
Über einen Einsatzzeitraum von etwa zehn Jahren kann die Vermeidung einer zusätzlichen Mobilfunkmigration die Gesamtbetriebskosten jedoch zugunsten von RedCap verändern.
RedCap reduziert außerdem den Hardware- und Energiebedarf gegenüber 5G eMBB. Die Semtech-Router AirLink RX400 und EX400 verbrauchen im Leerlauf weniger als ein Watt und erreichen damit ein mit entsprechenden LTE-Geräten vergleichbares Niveau.
5G RedCap verwendet zwei Antennen und entspricht damit typischen LTE-Konfigurationen. 5G eMBB benötigt dagegen vier Antennen. RedCap lässt sich dadurch einfacher in bestehende Industriegehäuse und Formfaktoren integrieren, ohne dass eine Neuentwicklung der Hardware erforderlich ist.
Bis zu 220 Mbit/s für industrielle Anwendungen
5G RedCap erreicht Spitzendatenraten von bis zu 220 Mbit/s. Von Semtech angeführte Tests im Netz von T-Mobile zeigten gegenüber LTE Cat-4 rund 67 Prozent höhere Downloadgeschwindigkeiten.
In Bereichen mit schwachem Funksignal wurde etwa die doppelte Datenrate erreicht. Dies ist insbesondere für Anlagen relevant, die am Rand der Netzabdeckung oder an abgelegenen Standorten betrieben werden.
RedCap profitiert zudem von den Latenzvorteilen des 5G-Kernnetzes. Damit eignet sich die Technologie unter anderem für industrielle Überwachungs- und Videoanwendungen, die eine geringere Latenz als 4G erfordern, ohne den vollständigen Leistungsumfang und die Hardwarekomplexität von 5G eMBB zu benötigen.
LTE-Fallback ermöglicht eine schrittweise Migration
Die AirLink-Router RX400 und EX400 verfügen über einen integrierten LTE-Fallback. Betreiber können die Geräte zunächst in bestehenden LTE-Netzen einsetzen und 5G RedCap nutzen, sobald die entsprechende Netzabdeckung ausgebaut wird.
Für Systemintegratoren und Lösungsanbieter kann dieser Ansatz den unmittelbaren Anpassungsaufwand reduzieren und einen definierten Migrationspfad für Geräteflotten mit unterschiedlichen Mobilfunkgenerationen schaffen.
Die Technologie allein löst jedoch nicht alle Herausforderungen. Rollout-Planung, Konfigurationsvalidierung und die Verwaltung gemischter Geräteflotten bleiben insbesondere bei großen und geografisch verteilten Installationen entscheidend.
Bestehende LTE-Installationen müssen nicht automatisch ersetzt werden. Ob eine Migration sinnvoll ist, hängt vom Alter, Standort und von der verbleibenden Nutzungsdauer der jeweiligen Infrastruktur ab.
Bei neuen Projekten, die bis weit in das nächste Jahrzehnt betrieben werden sollen, wird die langfristige Verfügbarkeit der gewählten Mobilfunkplattform jedoch zu einem zentralen Entscheidungskriterium.
Die vollständige technische Analyse ist auf der Website von Semtech verfügbar:
https://www.sierrawireless.com/iot-blog/beyond-4g-how-5g-redcap-connects-infrastructure-for-the-long-term/