Drei Technologien – unterschiedliche Anwendungsfelder: Wesentliche Unterschiede zwischen 5G, LoRaWAN und 450-MHz

veröffentlicht am 15. November 2019

​Im Umfeld von Stadtwerken und Gebietskörperschaften wird die Einbindung des „Internet of Things“ zukünftig eine zunehmende Rolle spielen. Hierzu stehen drei Technologien im Fokus, die sich teilweise in ihren Charakteristika deutlich unterscheiden. Abhängig von den spezifischen Anforderungen muss somit im Einzelfall entschieden werden, über welche Technologie ein Endgerät zukünftig vernetzt werden soll.

Das „Internet-of-Things“ (kurz „IoT“) ist schon seit geraumer Zeit in aller Munde. Auch im Umfeld der Stadtwerke und Gebietskörperschaften ergeben sich mit diesem Ansatz ganz neue Möglichkeiten, Abläufe und Prozesse innerhalb von Unternehmen aber auch des öffentlichen Lebens zu automatisieren und somit effizienter zu gestalten.

Im Folgenden werden drei wesentliche Technologien, die hiermit in Verbindung stehen, kurz vorgestellt, voneinander abgegrenzt und in den kommunalen Kontext eingeordnet. Dabei handelt es sich um Technologien, die üblicherweise auf unterschiedlichen Frequenzen des elektromagnetischen Spektrums Anwendung finden.

5G steht für die „Fünfte Generation“ und gilt als neuster Mobilfunkstandard. Dabei werden verschiedene Technologien miteinander kombiniert, um eine möglichst leistungsfähige Funkverbindung zwischen mobilem Endgerät und Sendemast aufzubauen. Hierzu zählt beispielsweise die MIMO-Technologie (MIMO: Multiple Input Multiple Output), die auch schon im LTE-Standard eingesetzt wurde. Mit Hilfe dieser kann das Endgerät parallel über mehrere Funkkanäle mit der Basisstation kommunizieren, wodurch eine hohe Datenübertragungsrate der Verbindung erreichbar ist. Mit 5G wird es zukünftig möglich sein, zusätzlich deutlich höhere Frequenzbereiche (oberhalb von 6 GHz) zu nutzen. Hierdurch kann im Vergleich zum LTE-Standard eine noch schnellere Mobilfunkverbindung erreicht werden, die eine Echtzeitdatenübertragung ermöglicht. Dies ist insbesondere für zeitkritische Aufgaben, beispielsweise im Bereich des autonomen Fahrens von großer Bedeutung. Der damit vermeintlich verbundene Nachteil ist zunächst, dass ein sehr engmaschiges Netz von Sendemasten notwendig wird, um eine flächendeckende Versorgung mit 5G zu gewährleisten. Höhere Frequenzen verfügen nämlich über eine geringere Reichweite und werden leichter abgeschirmt als die bisher üblichen Frequenzen. Für Stadtwerke ergeben sich hier, insbesondere im infrastrukturellen Bereich, zunehmend Geschäftsmodelle, wobei auch der Einsatz von 5G innerhalb der eigenen Prozesse denkbar ist.

Beim LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) handelt es sich um ein Netzwerkprotokoll. Dieses regelt die Art und Weise, wie mobile Endgeräte und Gateways miteinander kommunizieren. Es adressiert im Vergleich zu 5G jedoch abweichende Anforderungen. Statt möglichst hohe Übertragungsraten zu gewährleisten, steht beim LoRaWAN ein möglichst geringer Energieverbrauch auf Seiten des mobilen Endgerätes im Mittelpunkt. Dies soll es ermöglichen, Endgeräte möglichst lange im Batteriemodus zu betreiben und den Austausch der Batterien hinauszuzögern. Das ist insbesondere dort von Vorteil, wo Geräte schwer zugänglich oder in großer Anzahl installiert werden, um beispielsweise Messdaten zu erheben. Hieraus ergibt sich zudem, dass die Funkverbindung lange Distanzen zwischen Endgerät und Gateway überbrücken können sollte. Um das zu realisieren, werden bei LoRaWAN in der Regel relativ niedrige Frequenzbereiche zwischen 863-870 MHz und 433 MHz verwendet, die im Vergleich zu den 5G-Frequenzen höhere Reichweiten aufweisen. Außerdem ist das Protokoll stark auf das Senden von Daten vom mobilen Endgerät zum Gateway ausgelegt. Je nach Betriebsmodus ergeben sich nur kurze Zeitfenster, in denen das Gateway ein mobiles Endgerät anspricht. Durch die Reduktion der Verfügbarkeit des Endgerätes wird dessen Batterielebensdauer erhöht. Im Bereich der Stadtwerke könnte dies beispielsweise bei der Überwachung des Zustandes des Leitungssystems, oder der zentralen Koordination freier Parkflächen eingesetzt werden.

Mit 450-MHz wird ein konkreter Frequenzbereich im elektromagnetischen Spektrum fokussiert. Dieser ist in Deutschland aktuell an nur zwei Unternehmen vergeben: Zum einen an die Telekom und zum anderen an den Anbieter 450connect. Insbesondere 450connect bietet auf Grundlage dieses Frequenzbereichs Dienstleistungen speziell für die Energiebranche an. Gerade in der Energiewirtschaft besteht seit jeher Bedarf für eine verlässliche und ausfallsichere Kommunikation. Nur so kann ein Betrieb des Energiesystems, in welchem Stromerzeugung und –verbrauch kontinuierlich aufeinander abgestimmt werden müssen, gewährleistet werden. Genauso wie LoRaWAN arbeitet die Technologie auf einer relativ niedrigen Frequenz. Hierdurch kann die Anzahl der Sendeeinheiten minimiert werden, die für ein zusammenhängendes Netz notwendig ist. Die Ausbaukosten und auch die Betriebskosten (Wartung/Instandhaltung der einzelnen Stationen) des 450-MHz-Netzes sind dementsprechend geringer. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Kommunikationsnetz auch bei einem umfassenden Stromausfall verfügbar gehalten werden kann, da die relativ geringe Anzahl an Sendemasten die Installation einer redundanten Notstromversorgung erlaubt.

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die drei Technologien unterschiedliche Anwendungsgebiete aufweisen und deshalb nur bedingt substituierbar sind. Vielmehr ist eine parallele Nutzung in unterschiedlichen Bereichen zu erwarten. Dies hat insbesondere den Vorteil ein großes Spektrum von Prozessen des kommunalen Umfeldes abdecken zu können.

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