Ist 5G-Ortung bereit für industrielles Asset Tracking? (2023)

Vor 5G waren die Ortungsfunktionen in Mobilfunknetzen stark eingeschränkt und beschränkten sich auf die Lokalisierung von Geräten im Rahmen von Notfällen auf einige hundert Meter. Mit dem Aufkommen von 5G entwickelt sich die Mobilfunkortung jedoch schrittweise weiter und ermöglicht die Echtzeit- und präzise Verfolgung von Geräten. Sowohl drinnen als auch draußen. Diese deutliche Verbesserung eröffnet Möglichkeiten für autonome Fahrzeuge, Anwendungen für Augmented und Virtual Reality, Logistik sowie Fortschritte in Industrie 4.0.

Bei all den kühnen Versprechen von 5G ist es jedoch schwierig, einen klaren Überblick darüber zu bekommen, was heute tatsächlich möglich ist und unter welchen Bedingungen. In diesem Blogbeitrag möchten wir eine grundlegende Frage beantworten: Ist 5G-Ortung derzeit für industrielle Tracking-Anwendungsfälle geeignet, und wie schlägt sie sich im Vergleich zu etablierten industriellen Real-Time Location System (RTLS)-Technologien wie GPS, Bluetooth Low Energy (BLE) und Ultra-Wideband (UWB)?

In diesem Artikel bewerten wir die Einsatzbereitschaft von:

Am Ende finden Sie außerdem einige Schlussfolgerungen sowie eine Liste häufig gestellter Fragen als Reaktion auf diesen Artikel, der NB-IoT und 5G NR-light (RedCap) behandelt. Für alle, die neu in das Thema 5G-Ortung einsteigen, empfehlen wir die folgende Podcast-Folge mit den 5G Guys, in der wir über Mobilfunkortung und die Arten von Anwendungen für diese Ortungsdienste sprechen:

Schrittweise Weiterentwicklung der 5G-Ortung

Zunächst ist es wichtig zu betonen, dass 5G ein sich weiterentwickelnder Standard ist, der alle paar Jahre neue Updates erhält, die neue Funktionen verbessern und einführen.

Obwohl 3GPP Release 15 5G offiziell einführte, wurden echte Ortungsfunktionen erst mit Release 16 eingeführt. Der neueste Release 17, der im Juni 2022 verabschiedet wurde, soll noch mehr Ortungsfunktionen hinzufügen. Wichtig ist zu wissen, dass jedes Update Upgrades erfordern kann. Daher ist es entscheidend, die unterschiedlichen Fähigkeiten der Releases zu verstehen.

In der folgenden Tabelle sehen Sie die unterschiedlichen technischen Fähigkeiten der einzelnen Releases.

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Als Nächstes werfen wir einen Blick auf fünf kritische Kategorien, um zu sehen, ob 5G-Ortung dafür bereit ist.

5G-Ortungstracker

Der möglicherweise größte Showstopper für die 5G-basierte Ortung sind heute die Ortungstracker (oder Tags). Derzeit sind die Tag-Preise noch prohibitiv hoch, da 5G-Chipsätze in erster Linie für Smartphones und nicht für Asset-Tags entwickelt wurden. Noch schlimmer ist, dass die durchschnittliche Batterielaufzeit bei Release 16 nur im Bereich von Tagen liegt. Für die meisten industriellen Asset-Tracking-Lösungen ist das nicht akzeptabel. Das liegt nicht nur am Tag-Design, sondern ist dem aktuellen Standard inhärent, und wir müssen bis 5G-Advanced warten, bevor wir von mehrjährigen Batterielaufzeiten profitieren können. 

Im Vergleich dazu sind Technologien wie BLE, UWB oder GPS bereits in großen Stückzahlen mit niedrigeren Preisen und Batterielaufzeiten von über 5 Jahren verfügbar, was sie für einen breiten Einsatz zugänglicher macht. Blickt man beispielsweise auf UWB, die jüngste Technologie für präzises Indoor-Tracking, dauerte es etwa 6 Jahre nach der ersten Veröffentlichung der UWB-Chiptechnologie im Jahr 2014, bis die Gerätepreise auf ein Niveau sanken, das für große Rollouts geeignet war.

Fazit: noch nicht bereit. 

Vielseitige 5G-Infrastruktur

Einer der Hauptvorteile von 5G für die Ortung ist die Mehrfachnutzung derselben Netzwerkinfrastruktur, was den Business Case für den Aufbau privater 5G-Netze erheblich verbessern kann.

Wichtig ist, dass sich die Anforderungen an die Infrastruktur für Konnektivität und Ortung deutlich unterscheiden können. Während eine einzelne Basisstation in der Mitte eines Bereichs optimale Konnektivität bieten kann, erfordert die Ortung für präzises Tracking mehrere Basisstationen, die in den Ecken platziert werden. Wird dies nicht von Anfang an sorgfältig geplant, erfüllt die Infrastruktur möglicherweise die Ortungsanforderungen nicht, was zu suboptimaler Leistung und unzuverlässigen Tracking-Ergebnissen führt. Generell erfordert Ortung im Vergleich zur Konnektivität eine dichtere 5G-Infrastruktur.

Fazit: bereit.

Präzise (Indoor-)5G-Ortung

Mit dem derzeit kommerziell verfügbaren 5G Release 16 lassen sich mit geeigneter Infrastruktur eine Indoor-Genauigkeit von 3 m und eine Outdoor-Genauigkeit von 10 m in 80 % der Zeit erreichen.

5G Release 17 zielt darauf ab, eine bessere Genauigkeit zu erreichen, indem die höhere Bandbreite bei Frequenzen über 24 GHz genutzt wird, auch bekannt als Millimeterwellen- (mmWave-) Frequenzen. Dies kann zwar eine Dezimeter-Genauigkeit ähnlich der UWB-Indoor-Ortung ermöglichen, bringt jedoch Einschränkungen mit sich. Die mmWave-Signale haben nur begrenzte Durchdringungsfähigkeit, können Wände nicht durchdringen und werden leicht durch Hindernisse oder Personen blockiert. Um die gewünschte Genauigkeit zu erreichen, müssten in jedem Raum mehrere Basisstationen (kompatibel mit Release 17) installiert werden, was hohe Infrastruktur- und Verkabelungskosten nach sich zieht.

Fazit: noch nicht bereit.

Nahtloses 5G-Tracking innen und außen

Ein weiterer Vorteil der 5G-Ortung ist die Möglichkeit, nahtlose Ortung innen und außen mit derselben Technologie durchzuführen. Andere RTLS-Technologien können diese Fähigkeit heute nicht bieten und müssen auf eine Kombination verschiedener Technologien zurückgreifen, um Indoor- und Outdoor-Ortung zu ermöglichen.

Um diese Fähigkeit zu erreichen, müssen öffentliche Netze diese Ortungsfunktion aktiviert haben, und für die Outdoor-Ortung ist eine ausreichende Abdeckung erforderlich. Andernfalls fällt das Location Tracking auf die Leistung der vorherigen Generation mit Fehlern im Bereich von Hunderten Metern zurück. In der Praxis sehen wir, dass die „Ortungsabdeckung“ noch nicht gegeben ist. Tatsächlich bieten einige Telekommunikationsanbieter Tracker mit kombinierter 5G- und GPS-Funktion an, um dieses Problem zu entschärfen.  

Fazit: halb bereit

5G-Skalierbarkeit

5G ist für Skalierung ausgelegt, sodass das Netz problemlos eine große Anzahl zu trackender Assets bewältigen kann. Darüber hinaus kann bei Ortung mit mittlerer Genauigkeit (10 m outdoor, wie in Release 16 angestrebt) die Funkreichweite große Bereiche mit begrenzter Outdoor-Infrastruktur für private 5G-Netze abdecken.

Fazit: bereit

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Fazit:

Während 5G-basiertes Location Tracking spannende Möglichkeiten für industrielle Anwendungen bietet, muss sich 5G-Ortung noch von der Konzeptphase hin zu realen Implementierungen entwickeln.

Kurzfristig zeigen Marktstudien, dass 5G-Ortung allein viele Anwendungsfälle wahrscheinlich nicht wirksam abdecken kann. Letztlich wird 5G-Ortung alternative RTLS-Technologien wahrscheinlich nicht ersetzen. Für viele Branchen bietet jedoch die einzigartige Kombination aus Kommunikation und Ortung sowie die nahtlose Indoor- und Outdoor-Abdeckung, gestützt durch das 5G-Ökosystem, ein starkes Wertversprechen. Dasselbe 5G-Ökosystem muss zusammenkommen, um Verbesserungen bei Genauigkeit, Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit, geringerem Stromverbrauch, Kosten, einfacher Bereitstellung, Latenz und vielen weiteren wichtigen Kennzahlen zu liefern, die von den unterschiedlichen RTLS-Anwendungsfällen gefordert werden.

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Pozyx und 5G-Ortung

Die Pozyx-Plattform ist eine Asset-Tracking-Software, die Standortdaten aus mehreren Quellen zusammenführen kann, einschließlich 5G-Ortung. Sowohl innen als auch außen. Die Plattform nutzt Standortdaten, um zahlreiche kritische industrielle Anwendungsfälle zu lösen, darunter Bestandsmanagement, Transparenz auf dem Shopfloor, standortbasierte Automatisierung und mehr.

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Häufig gestellte Fragen

Nach der Veröffentlichung dieses Artikels haben wir eine Reihe von Fragen erhalten, die wir hier ebenfalls klären möchten. Vielen Dank an alle für die Beiträge.

1. Werden auch NB-IoT- oder Cat-M-Geräte von 5G-Ortung profitieren?

NB-IoT und Cat-M sind tatsächlich 4G-Technologien, die ebenfalls in 5G aufgenommen wurden. Diese Geräte profitieren nicht von den Fortschritten bei der Ortung unter 5G.

2. Wird NR-light (RedCap) kostengünstige 5G-Ortungstracker bringen?

NR-light dürfte im Vergleich zu Standard-5G-Geräten die Kosten senken und die Batterielaufzeit erhöhen (auf Monate). Wir erwarten jedoch, dass es weiterhin nicht mit BLE- oder UWB-Tags vergleichbar sein wird, die bei niedrigen Kosten eine Batterielaufzeit von Jahren bieten. Wir erwarten dies, weil NR-light hinsichtlich Komplexität und Batterielaufzeit zwischen NB-IoT und Standard-5G angesiedelt ist. Schon heute ist NB-IoT nicht in der Lage, häufige Updates (zum Beispiel alle 1 oder 10 Sekunden) mit mehrjähriger Batterielaufzeit zu liefern, und die Implementierung ist weiterhin relativ teuer. Mit NR-light werden Sie also schlechter abschneiden als mit NB-IoT, was bedeutet, dass die Tag-Preise weiterhin relativ hoch und die Batterielaufzeit (oder die Häufigkeit der Ortungsupdates) begrenzt sein werden.

Darüber hinaus begrenzt NR-light die Bandbreite auf 20 MHz, was die Ortungsgenauigkeit (erheblich) beeinträchtigt. Daher wird es auf Anwendungen mit geringerer Genauigkeit beschränkt sein. Tatsächlich wird sich 3GPP erst in der zweiten Generation von NR-light, die für Release 18 geplant ist, auf die Ortungsanforderungen konzentrieren.

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