Is 5G-positionering klaar voor industriële asset tracking? (2023)

Voor 5G waren de positioneringsmogelijkheden in mobiele netwerken sterk beperkt, met als doel apparaten binnen honderden meters te lokaliseren voor noodsituaties. Met de komst van 5G ontwikkelt mobiele positionering zich echter geleidelijk, waardoor real-time en nauwkeurige tracking van apparaten mogelijk wordt. Zowel binnen als buiten. Deze aanzienlijke verbetering opent mogelijkheden voor autonome voertuigen, augmented en virtual reality-toepassingen, logistiek en ontwikkelingen in Industrie 4.0.

Met alle gedurfde claims over 5G is het echter moeilijk te begrijpen wat er vandaag de dag daadwerkelijk mogelijk is en onder welke voorwaarden. In deze blogpost willen we een fundamentele vraag aanpakken: is 5G-positionering momenteel geschikt voor industriële tracking-toepassingen, en hoe verhoudt het zich tot gevestigde industriële Real-Time Location System (RTLS)-technologieën zoals GPS, Bluetooth Low Energy (BLE) en ultrabreedband (UWB)?

In dit artikel evalueren we de gereedheid van:

Aan het einde geven we enkele conclusies en een lijst met veelgestelde vragen naar aanleiding van dit artikel, waarin ook NB-IOT en 5G NR-light (RedCap) aan bod komen. Voor mensen die volledig nieuw zijn met 5G-positionering, bekijk de volgende podcastaflevering met 5G guys waarin we mobiele positionering en de soorten toepassingen voor deze locatievoorzieningen bespreken:

Incrementele releases van 5G-positionering

Allereerst is het belangrijk te benadrukken dat 5G een evoluerende standaard is, met nieuwe updates die elke paar jaar nieuwe functies verbeteren en introduceren.

Hoewel de 3GPP release 15 officieel 5G lanceerde, werden echte positioneringsmogelijkheden pas geïntroduceerd in release 16. De nieuwste release 17, goedgekeurd in juni 2022, zal nog meer positioneringsmogelijkheden toevoegen. Het is belangrijk te weten dat elke update mogelijk upgrades vereist, dus het is cruciaal de verschillende mogelijkheden van de releases te begrijpen.

In de onderstaande tabel ziet u de verschillende technische mogelijkheden van de verschillende releases.

‍

‍

Laten we nu in 5 kritieke categorieën duiken om te zien of 5G-positionering er klaar voor is.

5G-locatie-trackers

Waarschijnlijk de grootste struikelblok voor 5G-gebaseerde positionering vandaag de dag zijn de locatie-trackers (of tags). Momenteel zijn de prijzen van tags nog steeds prohibitief hoog omdat de 5G-chipsets voornamelijk zijn ontworpen voor smartphones, niet voor asset-tags. Wat nog erger is, is dat de gemiddelde batterijduur bij release 16 slechts enkele dagen bedraagt. Voor de meeste industriële asset tracking-oplossingen is dit onacceptabel. Het is niet alleen een kwestie van tag-ontwerp, het is inherent aan de huidige standaard en we zullen moeten wachten tot 5G-advanced om te profiteren van batterijlevensduur van meerdere jaren. 

Ter vergelijking: technologieën zoals BLE, UWB of GPS hebben al tags beschikbaar in grote volumes tegen lagere prijzen met batterijlevensduur van meer dan 5 jaar, waardoor ze toegankelijker zijn voor grootschalige implementaties. Kijk bijvoorbeeld naar UWB, de meest recente technologie voor nauwkeurige indoor tracking, het duurde ongeveer 6 jaar na de initiële release van UWB-chiptechnologie in 2014 voordat de apparaatprijzen daalden tot niveaus geschikt voor grootschalige uitrol.

Oordeel: niet klaar. 

Multifunctionele 5G-infrastructuur

Een van de belangrijkste voordelen van het gebruik van 5G voor positionering is het multifunctionele gebruik van dezelfde netwerkinfrastructuur, wat de businesscase voor het uitrollen van private 5G aanzienlijk kan verbeteren.

Het is belangrijk te beseffen dat de infrastructuureisen voor connectiviteit en positionering aanzienlijk kunnen verschillen. Terwijl een enkele basisstation in het midden van een gebied optimale connectiviteit kan bieden, vereist positionering meerdere basisstations in de hoeken voor nauwkeurige tracking. Als dit niet vanaf het begin zorgvuldig wordt gepland, voldoet de infrastructuur mogelijk niet aan de positioneringseisen, wat leidt tot suboptimale prestaties en onbetrouwbare trackingresultaten. Over het algemeen vereist positionering een dichtere 5G-infrastructuur dan connectiviteit.

Oordeel: klaar.

Nauwkeurige (indoor) 5G-positionering

Met de momenteel commercieel beschikbare 5G release 16 is het mogelijk om 3m binnen- en 10m buitennauwkeurigheid te bereiken in 80% van de tijd, mits de juiste infrastructuur aanwezig is.

5G release 17 streeft naar betere nauwkeurigheid door gebruik te maken van hogere bandbreedte beschikbaar op frequenties boven 24GHz, ook bekend als millimetergolf (mmWave) frequenties. Hoewel dit kan resulteren in decimeternauwkeurigheid vergelijkbaar met UWB indoor positionering, kent het beperkingen. De mmWave-signalen hebben beperkte penetratiecapaciteit, kunnen niet door muren heen en worden gemakkelijk geblokkeerd door obstakels of mensen. Om de gewenste nauwkeurigheid te bereiken, zouden meerdere basisstations (compatibel met release 17) in elke kamer moeten worden geïnstalleerd, wat leidt tot hoge infrastructuur- en bekabelingskosten.

Oordeel: niet klaar.

Naadloze binnen- en buiten-5G-tracking

Een ander voordeel van 5G-positionering is de mogelijkheid om naadloze binnen- en buitenlokalisatie uit te voeren met dezelfde technologie. Andere RTLS-technologieën kunnen deze mogelijkheid vandaag niet bieden en moeten een combinatie van verschillende technologieën gebruiken om binnen- en buitenlokalisatie te realiseren.

Om deze mogelijkheid te bereiken, moeten openbare netwerken deze locatiefunctionaliteit inschakelen en is voldoende dekking vereist om buitenpositionering uit te voeren. Zo niet, dan valt locatie-tracking terug op prestaties van vorige generaties met fouten van honderden meters. In de praktijk zien we dat 'positioneringsdekking' nog niet aanwezig is. Sommige telecomproviders bieden trackers met gecombineerde 5G en GPS aan om dit probleem te verlichten. 

Oordeel: half klaar

5G-schaalbaarheid

5G is gebouwd voor schaal, dus het netwerk kan gemakkelijk een groot aantal te volgen assets aan. Bovendien kan voor positionering met gemiddelde nauwkeurigheid (10m buiten, zoals gericht door release 16) het radiobereik grotere gebieden dekken met beperkte buiteninfrastructuur voor private 5G-netwerken.

Oordeel: klaar

‍

Conclusie:

Hoewel 5G-gebaseerde locatie-tracking spannende mogelijkheden biedt voor industriële toepassingen, moet 5G-positionering verder gaan dan de conceptfase en echte wereldimplementaties opbouwen.

Op de korte termijn tonen marktstudies aan dat 5G-positionering alleen waarschijnlijk niet in staat zal zijn veel use-cases effectief aan te pakken. Uiteindelijk zal 5G-positionering waarschijnlijk geen alternatieve RTLS-technologieën vervangen. Voor veel industriële sectoren zal de unieke combinatie van communicatie en positionering, evenals naadloze binnen- en buitendekking, ondersteund door het 5G-ecosysteem, echter een sterke waardepropositie blijken. Datzelfde 5G-ecosysteem moet samenwerken om verbeteringen te leveren op het gebied van nauwkeurigheid, betrouwbaarheid, schaalbaarheid, vermindering van energieverbruik, kosten, gebruiksgemak, latentie en vele andere belangrijke metrics die door de diverse RTLS-use-cases worden gevraagd.

‍

Pozyx en 5G-positionering

Het Pozyx-platform is een asset tracking-software die locatiegegevens van meerdere bronnen kan samenbrengen, inclusief van 5G-positionering. Zowel binnen als buiten. Het platform benut locatiegegevens om tal van kritieke industriële use-cases op te lossen, waaronder voorraadbeheer, zichtbaarheid op de werkvloer, locatiegebaseerde automatisering en meer.

‍

‍

‍

Veelgestelde vragen

Na het publiceren van dit artikel hebben we een aantal vragen ontvangen die we hier ook willen verduidelijken. Dank aan iedereen voor de bijdragen.

1. Zullen NB-IoT- of Cat-M-apparaten ook profiteren van 5G-positionering?

NB-IoT en Cat-M zijn in feite 4G-technologieën die ook in 5G zijn opgenomen. Deze apparaten profiteren niet van de verbeteringen in positionering onder 5G.

2. Zal NR-light (RedCap) goedkope 5G-locatie-trackers brengen?

NR-light zal naar verwachting de kosten verlagen en de batterijduur verlengen (tot maanden) vergeleken met standaard 5G-apparaten. We verwachten echter dat het nog steeds niet vergelijkbaar zal zijn met BLE- of UWB-tags die jarenlange batterijduur hebben tegen lage kosten. Dit verwachten we omdat NR-light qua complexiteit en batterijduur tussen NB-IOT en standaard 5G gepositioneerd is. Vandaag de dag kan zelfs NB-IOT geen frequente updates doen (bijvoorbeeld elke 1 of 10 seconden) en een batterijduur van meerdere jaren bereiken, en het is nog relatief duur om te implementeren. Met NR-light zal het dus slechter gaan dan NB-IOT, wat betekent dat tagprijzen nog steeds relatief hoog zullen zijn en batterijduur (of positioneringsupdates) beperkt.

Bovendien beperkt NR-light de bandbreedte tot 20MHz, wat de positioneringsnauwkeurigheid (aanzienlijk) beïnvloedt. Het zal dus beperkt zijn tot toepassingen met lagere nauwkeurigheid. In feite zal 3GPP zich pas in de tweede generatie van NR-light, gepland voor release 18, richten op de positioneringseisen.

‍