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Wireless ist nicht gleich Wireless

Anwendungsspezifische Drahtlos-Technik

30. März 2023, 7:00 Uhr | Nizar Zalila/am

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Mobilfunk 4G und 5G

Heute ermöglicht die vorhandene 4G- respektive LTE-Technik bereits viele Anwendungsbereiche. Die Betonung liegt dabei auf „viele“, denn Anforderungen wie zum Beispiel Augmented-Reality- oder Echtzeitanwendungen fordern von der Bandbreite statt 200 MBit/s einen GBit/s-Bereich. Analog kommt 4G an seine Grenzen, wenn die Anzahl der vernetzten Geräte steigt, zum Beispiel von 10.000 Geräte auf 100.000 oder eine Million Geräte pro km². Moderne Techniken stellen Anforderungen in puncto Bandbreite, Verfügbarkeit, Stabilität und Datendurchsatz, den die bisherigen Mobilfunknetze auf Basis der 4G-Technik nicht mehr stemmen können. Damit ist der technologische Fortschritt ohne 5G kaum noch möglich. Durch 5G lässt sich eine höhere Bandbreite erreichen, die zu einer besseren Benutzererfahrung führt. Allerdings muss man dafür gegenüber anderen Wireless-Techniken sowohl eine höhere Komplexität als auch höhere Kosten in Kauf nehmen. Dieser Aufwand ist jedoch angesichts der neuen Möglichkeiten der 5G-Technik vertretbar. 5G-Netzwerke bieten 50-mal mehr Geschwindigkeit, zehnmal weniger Latenz und 1.000-mal mehr Kapazität als das Vorgängermodell 4G. Entsprechend liegt die durchschnittliche 5G-Geschwindigkeit bei zirka 700 MBit/s.

Im Vergleich: 4G kommt auf ein Tempo von 30 MBit/s. Noch wichtiger als das ist, dass sich Informationen über 5G besonders zuverlässig übermitteln lassen. Im Kontext von Industrie 4.0 macht die geringe Latenzzeit sowie die Möglichkeit der hohen Endgerätedichte den entscheidenden Unterschied. Liegt die Antwortzeit im 4G-Netz noch bei etwa 30 ms, beläuft sie sich bei 5G nur noch auf rund 1 ms. Dies bedeutet, dass sich Daten nahezu in Echtzeit übertragen lassen. Darüber hinaus lassen sich pro Quadratkilometer bis zu einer Million Geräte vernetzen. Dadurch eröffnet 5G neue Möglichkeiten in der Fertigung und auch in der Logistik. Beispiele hierfür sind lückenloses Tracking in Echtzeit, pünktlicher Wareneingang, reduzierte Lade- und Wartezeiten und fahrerlose Transportsysteme (AGV, Automated Guided Vehicle). Die 5G-Technik ist somit ein entscheidender Beschleuniger für die Weiterentwicklung der industriellen Automatisierung. Im Einzelhandel wiederum ist 5G eine Möglichkeit, sich von der Masse abzuheben und Kunden zu binden. Ein gutes Beispiel zeigt der Handel in seinen Future Stores. Sensoren und Kameras erfassen in Echtzeit, was in der Filiale passiert. Mitarbeitende wissen so, in welcher Anzahl Produkte aktuell verfügbar sind beziehungsweise, wann sie Regale rechtzeitig auffüllen müssen. Der Einsatz von künstlicher Intelligenz sorgt dafür, dass Lebensmittel nicht verderben und der Markt sein Frischeversprechen hält.

Wi-Fi 6

Der WLAN-Standard 802.11ax heißt kurz Wi-Fi 6. Im Gegensatz zu seinen Vorgängern bringt er Verbesserungen in Geschwindigkeit, Effizienz und Sicherheit. Gerade an Orten mit hoher Netzauslastung verspricht die Technik schnelleres WLAN für eine größere Anzahl gleichzeitig verbundener Geräte. Die theoretisch mögliche Maximalgeschwindigkeit steigt dabei auf 9,6 GBit/s bei schrumpfender Latenzzeit. Entsprechend sind die weiteren Vorteile von Wi-Fi 6 höhere Datenraten, höhere Kapazitäten sowie bessere Energieeffizienz und Unterstützung für IoT-Geräte. Darüber hinaus lässt es sich bei vergleichsweise niedrigen Kosten einfach und flexibel bereitstellen, betreiben und warten.

Wi-Fi 6 hat sich stark weiterentwickelt und bietet in manchen Bereichen eine Alternative zu 5G: So hat die Reichweite bei Wi-Fi 6 deutlich zugenommen und in manchen Bereichen ist das Preis-Leistungs-Verhältnis besser als bei 5G. Dennoch kann Wi-Fi 6 weder seine Stärken in groß angelegten Outdoor-Szenarien ausspielen noch die Anforderungen an eine ultraniedrige Latenzzeit von unter 10 ms erfüllen. Wenn es demnach um eine höhere Reichweite sowie eine stärkere Durchdringung geht, ist 5G infolge der niedrigen Frequenz seines Netzwerkes die bessere Option. Wi-Fi 6 kommt daher öfter in Heim- und Firmennetzwerken zum Einsatz und gibt eine direkte Antwort auf den zunehmenden Bedarf der Vernetzung von Geräten.

Mit WiFi-6-Technik ist es gelungen, das Delta zu den Mobilfunknetztechniken der vierten aber auch der fünften Generation zu verringern. Dennoch bleibt die 5G-Technik die Ultima Ratio, wenn eine gewisse Anzahl von Endgeräten überschritten oder extrem niedrige Latenzzeiten nötig ist – nicht zuletzt aufgrund von Störungen, die in einem dichten Funkverkehr entstehen können, wenn zu viele Geräte auf engem Raum zu bedienen sind.

Auch wenn sich die Techniken in Konkurrenz zueinander zu stehen scheinen: Ziel ist, das Spektrum von möglichen komplementären Lösungen zu erweitern und zur Verfügung zu stellen. Welche Lösung oder welche Lösungskombination zum Einsatz kommen, wird sich von Anwendungsfall zu Anwendungsfall unterscheiden. Hier spielt zwar die Technik eine wichtige Rolle. Entscheidende Faktoren, die den Ausschlag für eine Technik geben, sind auch Wirtschaftlichkeit, Komplexität, vorhandenes Know-how oder mögliche zukünftige Anwendungsfälle.

Nizar Zalila ist CTO bei Congiv.