• Forschungs- und Entwicklungskooperationen - Hochschule-Wirtschaft
• Auftragsforschung und -entwicklung für Unternehmen, insbesondere auch KMU
• Forschung im Rahmen von öffentlichen Förderprogrammen
• Entwicklungen von innovativen Technologien, Produkten und Ideen
• Einzelprojekt oder Zusammenarbeit in Clustern
• Untersuchungen im Rahmen von Hochschulprojekten
• Innovationsworkshops und Innovationsmanagement
• Technologiescouting
• Fördermittelscreening
• Nutzung der Campus-Labore
• Patent- und Erfinderberatung
• Gründungsberatung für technologieorientierte Unternehmen

Die Arbeitsgruppe Bionik besitzt zwei Forschungsschwerpunkte: Bionik als Methode für Produktoptimierung und Innovation und Funktionelle Oberflächen.

Ansprechperson: Prof. Dr. Martin Aust (Leiter Arbeitsgruppe Bionik)

Bionik & Innovation

• Forschung: Analyse und Weiterentwicklung des Bionik-Prozesses
• Bionik inspiriert Unternehmen: Erfolgreicher Wissenstransfers aus der Forschung in die Anwendung
• Beratung über den Einsatz von Bionik in Unternehmen
• Bionik-Innovationsworkshops, auch für KMU
• Lehre
• Akademische Weiterbildung: Sommerakademie Bionik
• Netzwerk: Cluster Bayonik
• Nachwuchsförderung: Zusammenarbeit mit Schulen
• Lehrerfortbildungen

Unsere Kooperationsparter:

• Business Upper Austria - Wirtschaftsagentur Oberösterreich
•  Land Oberösterreich
• ITG - Innovationsservice für Salzburg
• Land Salzburg
• Bildungswerk der Bayerischen Wirtschaft e.V.

Abgeschlossene Projekte:

• Cluster Bayonik - Bionik Netz Bayern, HTO-Förderung (2009-2012)
• Bayerisch-Französische Zusammenarbeit "Bionik und Innovation", Kooperationspartner, Centre Francilien de l'Innovation, Paris, BFHZ (2013)
• Funktionelle Oberflächen durch Selbstorganisation (FOSorg), Kooperationspartner: Parat GmbH & Co. KG, Bayerisches Programm Neue Werkstoffe, Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie, (2013-2016)
• ImB - Innovativ mit Bionik!, Kooperationspartner: ITG - Innovationsservice für Salzburg, Clusterland Oberösterreich GmbH, Interreg Bayern-Österreich, EFRE (2013-2015)
• Be Bio-inspired - Berufschancen durch Bionik, Programm: Nationaler Pakt für Frauen in MINT-Berufen, Bayerisches Staastministerium für Wissenschaft, Bildung und Kunst (2013-2014)
• BIG - Bio-inspirierte Generation, Internationale Zusammenarbeit in Bildung Forschung mit Partnern aus Mittel- und Südosteuropa, BMBF (2016-2017)
• ILBiTZ - Innovative Lösungen durch Bionik im transnationalen Zusammenspiel von Wirtschaft und Wissenschaft, Interreg Österreich-Bayern, EFRE (2016-2019)

Funktionelle Oberflächen - Technologieforschung:

• Funktionalitäten von Oberflächen: Leichtreinigung, Selbstreinigung, Kratzfestigkeit, Antibakterielle Oberflächen, Antibeschlagschichten (antifogging) und Korrosionsschutz
• dahingehend Modifizierung von Materialzusammensetzungen (z.B. bei Kunststoffprodukten)
• Produktion von funktionalen Lacken in kleinerem Umfang

Funktionelle Oberflächen - Dienstleistung:

• Oberflächenanalyse: Infrarot-Spektroskopie (FTIR), Kontaktwinkelmessung, REM und Lichtmikroskopie
• Materialanalyse: Tomografie, Mechanische Prüfungen und Thermische Prüfungen (z.B. DSC)

Kooperationen:

• innerhalb des Netzwerks Cluster Bayonik
• Vernetzung auf Landes-, Bundes- und EU-Ebene
• Zusammenarbeit im Bereich bionischer Leichtbau mit der FH Landshut
• Zusammenarbeit im Bereich Nachwachsende Rohstoffe mit dem Bio-Campus Straubing

Leistungsspektrum:

• Software Defined Radio – Signal und Datenanalyse
• Virtualisierung und hyperkonvergente Infrastruktur
• Softwareintensive Systeme
• IoT – Eingebettete Sensoren und Systeme
• Künstliche Intelligenz und High Performance Computing
• Intelligente Mobilität
• UAS und Fernerkundung
• Intelligente Energiesysteme

Ausstattung:

• Hochfrequenz-Messplatz
• EMV-Tablet für Voruntersuchungen
• Thermografiemessplatz
• Temperaturschrank
• Software Defined Radio (SDR)
• 3D-Druck (FDM)
• SMD-Bestückung

Abgeschlossene Projekte:

• iGATES - Intelligentes Gateway zur Teilnetz-Simulation der neuen Bordnetz-Architektur im Automobil, gefördert als ZIM-Kooperationsprojekt: b-plus GmbH (2013-2015)
• HiS-Switch - Entwicklung eines Onboard-Switches für Automotive Ethernet-Netzwerke, gefördert als ZIM-Kooperationsprojekt: b-plus GmbH (2014-2016)
• FraLa/iLEM - Entwicklung eines Frameworks für Ladestationen, gefördert als luK-Projekt (2013-2015)
• IntLaTech (Smart Charging Community) - Entwicklung eines Energiemanagementsystems für Ortsnetze. Aufbau von Sensorknoten und einer Testumgebung, gefördert als ZIM-Kooperationsprojekt, (2013-2016) 
• RFID-Tag-Localisation
• Thermografieuntersuchungen an Platinen - Erkennung von Hotspots und Optimierung der Entwärmung (2015-2016)

Zusammenarbeit:

• Förderung auf Landes-, Bundes- und EU-Ebene durch Einbindung in Forschungsprojekte
• Unterstützung bei der Antragerstellung
• Auftragsforschung

Ansprechpersonen: Alexander Faschingbauer (Teamleiter) &  Rainer Pöschl (Teamleiter)

Die Geoinformatik ist die Wissenschaft von der elektronischen Verarbeitung geographisch-raumbezogener Information. Als Fachinformatik der Geographie und Vermessungskunde stellt sie raumbezogene Information als Geodaten bereit. Diese Daten sind die Grundlage für Geoinformationssysteme (GIS), die vielfältig Anwendung finden. Durch Mobile Navigationsgeräte, Routenplaner, Internetkartendienste und Globensoftware wie Google Earth sind Geoinformationssysteme und die Geoinformatik bereits fester Bestandteil unseres Lebens.

Leistungsspektrum:

Angewandte Energieforschung & Elektromobilität

Eine zukunftsorientierte und klimafreundliche Gestaltung der Energieversorgung zählt zu den großen Herausforderungen unserer Zeit. Eckpunkte in diesem Zusammenhang sind die Steigerung der Energieeffizienz z.B. Gebäudeautomation, der Ausbau und die sinnvolle, zukünftige Nutzung von erneuerbaren Energien und der sparsame Umgang mit Energie. Auch die lokale und kommunale Ebene kann von dieser Transformation der Energiesysteme profitieren. Eine nachhaltige Entwicklung hat hohen Stellenwert. Der Einsatz erneuerbarer Energien sowie eine dezentrale Energieversorgung mit hoher Wertschöpfung und großer Akzeptanz vor Ort werden als erstrebenswert angesehen. Wir arbeiten an der Verknüpfung von effektiv gesteuertem Energieverbrauch und intelligent geregelter Energieerzeugung, um damit eine kreative, ganzheitliche Versorgungsmöglichkeit für Mobilität und öffentlichen Raum zu finden.

Leistungsspektrum und Kompetenzen: 

• Elektromobilitätskonzepte
• Energienutzungspläne und regionale Energiekonzepte
• Standortanalysen für Erneuerbare Energien
• Nahwärmekonzepte und Solarkataster
• Verbrauchs- und Erzeugungsmonitoring
• Versorgungskonzepte durch virtuelle Kraftwerke
• Gebäudeautomation (eu.bac Zertifizierung)
• Informations- und Schulungsveranstaltungen zum Thema Energiecoaching und Geoinformationssysteme

Räumliche & zeitliche Modellierung

Leistungsspektrum und Kompetenzen: 

• Analyse und Validierung von räumlich und zeitlich hochaufgelösten Wetterdaten
• Zeitlich hochaufgelöste Solarkataster
• Planung von dezentralen erneuerbaren Energiesystemen

Umwelt, Raumplanung, Information & Gesellschaft

Die Arbeitsgruppe URIG befasst sich in erster Linie mit Raumplanungsverfahren, welche digitale Medien und Geographische Informationssysteme zusammenbringen. Dabei kommen fortschrittliche Formen der Informationsgenerierung wie z.B. Crowdsourcing oder die Visualisierung mittels Augmented Reality zum Einsatz. Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich in verschiedenen Projekten damit, technische Innovationen im Bereich der PPGIS (Public Participation Geographic Information Systems) in Planungsprozesse zu integrieren. Damit können raumrelevante Fragestellungen von Städten, Gemeinden und Unternehmen genauer untersucht und deren Planungsprozesse optimiert werden. Die Arbeitsgruppe greift damit die Lücke zwischen technischen Möglichkeiten und neuen Verfahren einerseits und Stadt-, Raumplanung und Bürgerbeteiligung andererseits auf, um gesellschaftliche Konflikte bei unterschiedlichen Projekten zu lösen.

Leistungsspektrum und Kompetenzen: 

• Raumplanung
• Bürgerbeteiligung und Partizipation
• Standortanalysen
• Räumliche Modellberechnungen
• Projektvisualisierung mittels Augmented Reality
• Qualitative und quantitative Befragungen mit Hilfe neuer digitaler Medien
• Ideenakquirierung mittels Crowdsourcing

UAV & Fernerkundung

Praxistaugliche unbemannte Kleinflugzeuge (unmanned aerial vehicle, UAV) eignen sich im Bereich der Geodaten-Anwendung vor allem für den Einsatz in der Land- und Forstwirtschaft. Bei der GPS-gestützten Präzisionslandwirtschaft geht es beispielsweise um die Berücksichtigung kleinflächig auftretender Unterschiede im Feld (teilflächenspezifische Variabilität), wie z.B. die Berücksichtigung der Biomasseverteilung oder die Variabilität der Ernährungs- und Schädlingssituation. Die für diesen Zweck einsetzbaren UAVs besitzen geeignete Fernerkundungssensoren, bspw. im Bereich Nah-Infrarot, Thermal-Infrarot (Wärmebild), Multispektral oder Hyperspektral. Zeitnah erfasste UAV-gestützte Fernerkundungsdaten ermöglichen eine flächenhafte Erfassung der Nährstoffsituation in den Pflanzen und damit ein exakt angepasstes, GPS-gestütztes Ausbringen von Dünger. Das Einsparpotential ist dabei erheblich, wobei das Verfahren gleichzeitig umweltschonend ist, weil auch nur kleinflächige Überdüngungen vermieden werden können.

Leistungsspektrum und Kompetenzen: 

• kundenindividuelle Anpassung von UAV
• anwendungsorientierte Erstellung von UAV
• projektspezifische Ausstattung von UAV
• Nutzung verschiedener Flugführungssysteme (Autopilot, videogestützt)
• Integration verschiedener Fernerkundungssensoren

Ansprechpersonen: Prof. Dr. Wolfgang Dorner & Prof. Dr. Roland Zink

Die steigende Nachfrage nach Smartphones erfordert stabile und innovative Hard- und Software-Lösungen. App-basiertes Auslesen von Fahrzeugdaten, Steuerung von Fertigungsmaschinen via Smartphone oder Navigation in Fabrikgebäuden und Messehallen sind dabei nur einige der Anwendungsmöglichkeiten und lassen dabei einen Schluss auf das weitreichende Potenzial der Technologie zu.

Die Arbeitsgruppe Mobile Systems und Software Engineering konzentriert sich vor allem auf die Entwicklung von Applikationen für Android, iOS und Windows Phone. Darüber hinaus werden plattformübergreifende Anwendungsprogramme mit maximaler Betriebssystem-Kompatibilität entwickelt. Dies gewährleistet ein hohes Maß an Homogenität im Hinblick auf Design sowie Usability. Durch einen umfangreichen Bestand von Testgeräten, der ständig um die Marktneuheiten erweitert wird, können erstellte Applikationen auf ein breites Spektrum von Geräten abgestimmt werden.

Abgeschlossene Projekte:

• MobileTechTeach (Mobile Computing, Android Anwendung): Mobile multimediale Hilfesysteme für technische Anwendungen, Kooperationspartner: Universität Passau, ESF-Förderung (2012-1014)
• Virtuelles Kraftwerk: Anwendung zur Simulation eines Kraftwerk-Portfolios zur Bedarfsdeckung einer Elektrofahrzeugflotte, Kooperationspartner: HM-Pv (2013-2015)
• INSAG - Innovative Nutzung von Satellitennavigation und Geländeinformationen, Kooperationspartner: DLR, RUAG, 3D RealityMaps, TU München, Bergwacht Bayern, Förderung: Bayerisches Raumfahrtförderprogramm (2013-2014)
• E-Wald Ladetechnik - Entwicklung einer webbasierten HMI und eines Kommunikationsmoduls für eine DC-Ladesäule (2013-2016)
• MicroUAV - Entwicklung einer Postprozessing-Software für ein Multichannel Messsystem eines MicroUAVs, gefördert als ZIM-Kooperationsprojekt, Partner: Optris GmbH (2014-2016)

Zusammenarbeit:

• Förderung auf Landes-, Bundes- und EU-Ebene durch Einbindung in Forschungsprojekte
• Unterstützung bei der Antragerstellung
• Auftragsforschung

Ansprechpersonen: Alexander Faschingbauer (Teamleiter) &  Rainer Pöschl (Teamleiter)

Im Rahmen des Projektes „5G für Handwerk und Mittelstand“, gefördert durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie, soll in Zusammenarbeit zwischen der Handwerkskammer Niederbayern-Oberpfalz und der Technischen Hochschule Deggendorf, das Thema 5G dem Handwerk und Mittelstand nähergebracht werden. Hierzu erfolgt eine Reihe von Infotexten, die auf verschiedene Gesichtspunkte von 5G eingehen.

Die fortschreitende Entwicklung drahtloser Netzwerktechnologien hat in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte erlebt und verspricht, verschiedene Industriebereiche zu revolutionieren, insbesondere in Bezug auf die nahtlose Zusammenarbeit von Mensch und Maschine. Im Fokus dieses Textes steht die Fernsteuerung eines Universal Robot UR5 über ein 5G-Netzwerk und die damit verbundenen Auswirkungen der Reaktionszeit für einen Benutzer.

Die Integration von 5G in die Steuerung von Industrierobotern eröffnet neue Horizonte für Effizienz und Flexibilität in der Fertigungs- und Automatisierungsindustrie. Durch die Darstellung verschiedener Latenzszenarien konnten wir die direkten Auswirkungen auf die Robotersteuerung analysieren und wertvolle Einblicke gewinnen.

Dieser Infotext beleuchtet nicht nur die technischen Aspekte dieses Experiments, sondern betont auch die essenzielle Rolle einer zuverlässigen und reaktionsschnellen Netzwerkinfrastruktur für die erfolgreiche Fernsteuerung von Robotern. Vornehmlich wird auf die Bedeutung der Latenz als entscheidender Faktor hingewiesen und Empfehlungen für Unternehmen gegeben, die solche Systeme implementieren möchten.

Die Fernsteuerung von Robotern durch drahtlose Netzwerke hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht. Diese Technologie hat das Potenzial, viele Industriebereiche zu revolutionieren, insbesondere wenn es um die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine geht.

Für dieses Experiment wurde der Universal Robot UR5 aus Abbildung 1 verwendet, welcher für kollaborative Anwendungen ausgelegt ist. Die Steuerungseinheit besteht aus einem leistungsstarken Lenovo PC mit einem Intel Core i7 Prozessor. Die Verbindung zum Netzwerk erfolgt über einen 5G-Router, der eine drahtlose 5G-Verbindung bereitstellt. Die Hauptaufgabe bestand darin, eine Fernsteuerungsumgebung einzurichten, bei der ein Computer mittels einer Anwendung über das 5G-Netz Steuerbefehle an den Roboterarm übermitteln kann. So kann ein Benutzer standortunabhängig den Roboter über das 5G Netz ansteuern. Zu diesem Zweck wurde, wie in Abbildung 2 ersichtlich, zusätzlich eine Kamera vor dem Roboter als optische Hilfestellung für den Benutzer installiert. Zudem wurde eine in Python programmierte Steuerungssoftware verwendet, die es ermöglicht, den Roboter mit einem einfachen Gamepad zu steuern.

Experimente zeigten, dass die Latenz über das Netzwerk einen signifikanten Einfluss auf die Reaktionszeit des Benutzers und damit auf die Steuerung des Roboters hat. In Szenarien mit geringer Latenz, wie bei der Verwendung eines kabelgebundenen Netzwerkes oder eben eines 5G-Netzes, reagiert der Roboter schnell und präzise auf die Eingaben eines Benutzers. In Situationen mit höherer Latenz, wie bei der drahtlosen WLAN-Verbindung im realen Umfeld, ist eine Verzögerung in der Steuerung deutlich spürbar, was zu einer weniger präzisen Steuerbarkeit des Roboters führt. Dies gilt insbesondere für stark ausgelastete und von außen gestörte WLAN-Verbindungen

Die Ergebnisse der Tests verdeutlichen die Bedeutung einer zuverlässigen und reaktionsschnellen Netzwerkinfrastruktur für die Fernsteuerung von Robotern. Während drahtlose Technologien wie WLAN und 5G hohe Flexibilität bieten, müssen jedoch die damit verbundenen Latenzzeiten berücksichtigt werden, insbesondere in Anwendungen, die eine hohe Sicherheit sowie präzise Steuerung erfordern, wie eben bei kollaborativer Robotik. Unternehmen sollten bei der Implementierung solcher Systeme die Latenz als entscheidenden Faktor in Betracht ziehen und geeignete Maßnahmen ergreifen, um eine optimale Leistung zu gewährleisten.

Die Fernsteuerung eines kollaborativen Roboters über ein 5G-Netzwerk stellt eine vielversprechende Technologie dar, die das Potenzial hat, die Effizienz und Flexibilität in verschiedenen Branchen zu verbessern. Durch Versuche mit unterschiedlichen Latenzen konnten wir die Auswirkungen auf die Steuerung des Roboters beobachten und wertvolle Erkenntnisse gewinnen. Es ist wichtig, weiterhin in die Entwicklung und Optimierung von drahtlosen Netzwerken zu investieren, um die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit solcher Systeme zu maximieren und ihre breite Anwendung in der Industrie zu ermöglichen.

Im Rahmen des Projektes „5G für Handwerk und Mittelstand“, gefördert durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie, soll in Zusammenarbeit zwischen der Handwerkskammer Niederbayern-Oberpfalz und der Technischen Hochschule Deggendorf, das Thema 5G dem Handwerk und Mittelstand näher gebracht werden. Hierzu erfolgt eine Reihe von Infotexten, die auf verschiedene Gesichtspunkte von 5G eingehen.

Die Einführung der 5G-Technologie hat die Tür zu einer Vielzahl aufregender Anwendungen geöffnet, darunter die Möglichkeit, Roboter nahezu überall für Ferninspektionen einzusetzen. Mit ihrer niedrigen Latenz und der hohen Bandbreite bietet 5G eine leistungsstarke Plattform für die Steuerung von Robotern sowohl im Freien als auch in Gebäudeinneren.

Diese fortschrittlichen Roboter können in verschiedenen Szenarien eingesetzt werden, von der Inspektion von Außenanlagen wie Pipelines und Telekom-Infrastrukturen bis hin zur Erkundung von Innenräumen in Fabriken, Lagerhäusern und anderen Industrieanlagen. Ihre Vielseitigkeit ermöglicht es, schwer zugängliche Bereiche zu erreichen und Inspektionen mit hoher Präzision durchzuführen, ohne dass menschliche Arbeitnehmer vor Ort sein müssen.

Dank der 5G-Konnektivität können diese Roboter mit geringer Latenz gesteuert werden, was eine sofortige Reaktion auf sich ändernde Situationen ermöglicht. Ferner ermöglicht die hohe Bandbreite von 5G die Übertragung hochauflösender Video- und Bildmaterialien, die für eine genaue Inspektion erforderlich sind, sowohl in Innen- als auch Außenbereichen.

Die Kombination aus fortschrittlicher Robotertechnologie und 5G-Netzwerken eröffnet neue Möglichkeiten für Effizienzsteigerungen und Kosteneinsparungen in verschiedenen Branchen. Von großen Industriebetrieben bis hin zum einfachen Handwerk bieten diese ferngesteuerten Inspektionsroboter eine innovative Lösung für die Herausforderungen der modernen Welt.

Um diesen Anwendungsfall näher zu beschreiben, wurde ein fernsteuerbarer Inspektionsroboter im Rahmen des Projektes entwickeln, welcher über ein 5G-Netzwerk kontrolliert wird. Der Roboter ist mit einer Kamera ausgestattet, um die Echtzeitübertragung von Bildern vom Roboter zum Benutzer zu ermöglichen.

Bei der Auswahl der Hardware und Software wurden sowohl ein erschwinglicher Preis als auch die Anpassbarkeit berücksichtigt. Als Basis für den Roboter wurde die Plattform des Freenove 4WD Smart Cars verwendet [1].

Das 4WD Smart Car Kit von Freenove wurde aufgrund seiner Nutzung offener Technologien und seines niedrigen Preises als Plattform für dieses Projekt gewählt. Das Kit enthält alle notwendigen Teile für den Bau eines kleinen Roboter-Fahrzeuges. Zusätzlich wurde der Roboter mit einem Raspberry Pi-Computer ausgestattet, um die Steuerungsbefehle über das Netzwerk zu empfangen und an die Motoren weiterzuleiten. Für die Videoaufnahme wurde ein passendes Raspberry Pi Kameramodul verwendet, das Full-HD-Videos mit 50 FPS aufnehmen kann und mit einer Weitwinkel-Linse ausgestattet ist. Zudem kann für diese Kamera die hardwareseitig beschleunigte Video-Encodierung des Raspberry Pi genutzt werden. Die Verbindung zum 5G-Netzwerk erfolgt über das angeschlossene 5G-Modem Quectel RM500QGL. Welches auch für die Verbindung zu privaten 5G Campusnetzen genutzt werden kann.

Für die Inbetriebnahme des Roboters wurde das verbundene 5G-Modem mit einer aktiven SIM-Karte ausgestattet. Nach dem Start des Roboters erfolgt automatisch die Initialisierung einer Serversoftware für die Steuerung des Roboters und zur Videoübertragung. Die Client-Anwendung, welche auf einem beliebigen Computer ausgeführt werden kann, verbindet sich mit dem Roboter, indem sie die IP-Adresse des Roboters verwendet. Nach dem Start der Anwendung wird ein Fenster mit der Echtzeitvideoübertragung angezeigt, und der Benutzer kann den Roboter mithilfe des Gamepads steuern.

Dies dient als einfache Darstellung einer 5G gestützten Anwendung die sowohl am Technologie Campus in Freyung als auch am CMT der Handwerkskammer Niederbayern Oberpfalz besichtigt werden kann.

Im Rahmen des Projektes „5G für Handwerk und Mittelstand“, gefördert durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie, soll in Zusammenarbeit zwischen der Handwerkskammer Niederbayern-Oberpfalz und der Technischen Hochschule Deggendorf, das Thema 5G dem Handwerk und Mittelstand näher gebracht werden. Hierzu erfolgt eine Reihe von Infotexten, die auf verschiedene Gesichtspunkte von 5G eingehen.

In der heutigen digitalen Wirtschaft spielen Datenübertragungsgeschwindigkeit und -zuverlässigkeit eine entscheidende Rolle für den Erfolg von Unternehmen, insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen (KMU). Eine der wichtigsten Faktoren ist die Latenz, die die Verzögerung zwischen dem Senden eines Datenpakets und dem Empfangen einer Antwort definiert. Eine niedrige Latenz ist für KMU von entscheidender Bedeutung, da sie die Reaktionsfähigkeit, Effizienz und Leistungsfähigkeit ihrer Geschäftsabläufe verbessert.

In vielen Anwendungsbereichen sind niedrige Latenzzeiten unerlässlich. Im Einzelhandel ermöglichen sie etwa eine schnellere Abwicklung von Transaktionen an der Kasse und ein reibungsloses Funktionieren von Point-of-Sale-Systemen. In der Fertigung ermöglicht eine geringe Latenzzeit eine präzise Steuerung von Maschinen und Robotern, was die Produktivität steigert und die Ausfallzeiten minimieren kann. Im Gesundheitswesen können niedrige Latenzzeiten die Übertragung von medizinischen Daten in Echtzeit unterstützen, was für die Diagnose und Behandlung von Patienten entscheidend sein kann.

5G bietet gegenüber früheren Mobilfunktechnologien erhebliche Vorteile in Bezug auf die Latenz. Mit Latenzzeiten von wenigen Millisekunden ermöglicht 5G eine nahezu sofortige Datenübertragung, die den hohen Anforderungen von KMU in verschiedenen Branchen gerecht wird. Dies bedeutet, dass Unternehmen zeitkritische Applikationen auf mobilen Geräten umsetzen können, Echtzeitdaten in ihren Betriebsabläufen nutzen und innovative Anwendungen wie Augmented Reality und virtuelle Realität implementieren können.

Ein weiterer Vorteil von 5G in Bezug auf die Latenz ist die Fähigkeit, eine große Anzahl von gleichzeitigen Verbindungen stabil zu unterstützen. Dies ist besonders wichtig für Unternehmen, die eine Vielzahl von IoT-Geräten einsetzen, um Daten zu erfassen und zu verarbeiten. Mit 5G können KMU ein dichtes Netzwerk von vernetzten Geräten aufbauen und dabei eine niedrige Latenz beibehalten, was die Effizienz und Leistung ihrer Betriebsabläufe weiter verbessert.

Insgesamt ist eine niedrige Latenz bei der Datenübertragung für KMU von entscheidender Bedeutung, da sie die Grundlage für eine schnellere, zuverlässigere und effizientere Vernetzung bildet. Durch die Einführung von 5G können Unternehmen von verbesserten Latenzzeiten profitieren und ihre Wettbewerbsfähigkeit in einer zunehmend digitalisierten Welt stärken.

Zur klareren Einordnung von Latenzzeiten können folgende Annahmen getroffen werden. Für eine einfache zuverlässige Datenübertragung reichen Latenzzeiten von weniger als 1 Sekunde. Eine vernünftige Telefonieverbindung benötigt Latenzzeiten von kleiner 300 Millisekunden. Zur responsiven Fernsteuerung von Maschinen oder Computern (z.B. über TeamViewer) werden Latenzzeiten bis maximal 100 Millisekunden angesetzt. Für eine Quasi-Echtzeitübertragung von Daten, welche auch für eine Fahrzeug zu Fahrzeug Kommunikation notwendig sein kann, spricht man von Latenzen im einstelligen Millisekundenbereich. Hierfür muss jede Komponente im Netzwerk auf kurze Latenzen optimiert sein.

Um ein besseres Verständnis über die Bedeutung von Latenz zu vermitteln, wurde ein Latenz-Demonstrator im Rahmen des Projektes „5G für Handwerk und Mittelstand“ aufgebaut. Das Ziel ist es, die Auswirkungen verschiedener Kommunikationstechnologien in Bezug auf die Reaktionszeit, greifbar darzustellen. Hierzu wurde eine Simulation in Form eines Computerspiels programmiert, bei der die Reaktionszeit der Bewegungseingabe, entsprechend den simulierten Latenzwerten bei einer Datenübertragung, dynamisch angepasst werden.  Als Latenz wird in diesem Fall die Zeit von einem gesendeten Datenpaket bis zum Empfang der Eingangsbestätigung beschrieben, auch bekannt als Round Trip Time (RTT).

Das Ziel der Anwendung liegt beim Sammeln von Münzen unter verschiedenen Latenz-Bedingungen, die durch simulierte Joystick-Eingabeverzögerungen dargestellt werden. Jede Technologie - sei es WLAN, LAN, 4G oder 5G - beeinflusst die Steuerung des Avatars auf unterschiedliche Weise. Die simulierten Latenzen können auch angezeigt werden, um ein tieferes Verständnis über ihren Einfluss auf reale Applikationen zu erlangen.

Zur Umsetzung wurde ein Mini PC mit Touch Bildschirm verwendet, der die - mithilfe der open source Software Godot-Engine programmierte - Simulation ausführt. Diese Kombination ermöglicht es, eine realistische Simulation zu erstellen, um die Auswirkungen der verschiedenen Latenz-Bedingungen eindrucksvoll zu erleben. Während in der Simulation unter der Verwendung des Joysticks versucht wird Münzen zu sammeln, werden die Latenzen in WLAN-, LAN-, 4G- und 5G Umgebungen simuliert und die Reaktionszeit der jeweils gewählten Verbindung auch bildlich dargestellt. Durch diese Variationen der Latenz-Bedingungen können Unterschiede in der Responsivität der Steuerung live festgestellt werden.

Dieser experimentelle Ansatz zeigt, dass jede Technologie ihre eigenen Vor- und Nachteile hat. So kann WLAN anfällig für Störungen sein, während LAN eine stabilere Verbindung bietet. Obwohl 4G und 5G eine höhere Mobilität ermöglichen, weisen sie im Vergleich zu kabelgebundenen Verbindungen eine höhere Latenz auf. Im Demonstrator werden hierfür WLAN-Latenzen von wenigen Millisekunden bis zu einer Sekunde dargestellt, 4G bis 500 Millisekunden, 5G Latenzen mit bis zu 50 Millisekunden und kabelgebundene LAN Latenzen bis maximal 3 Millisekunden.

Die Latenz spielt dabei eine entscheidende Rolle bei der Fernsteuerung über drahtlose Netzwerke, daher ist ein gründliches Verständnis dieser unerlässlich, um die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit solcher Systeme zu verbessern. Dieser Simulator dient der Optimierung dieser Technologien und soll ihre Verbreitung im Handwerk und Mittelstand fördern.

Im Rahmen des Projektes „5G für Handwerk und Mittelstand“, gefördert durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie, soll in Zusammenarbeit zwischen der Handwerkskammer Niederbayern-Oberpfalz und der Technischen Hochschule Deggendorf, das Thema 5G dem Handwerk und Mittelstand näher gebracht werden. Hierzu erfolgt eine Reihe von Infotexten, die auf verschiedene Gesichtspunkte von 5G eingehen.

Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) sowie das Handwerk können erhebliche Vorteile aus der Nutzung von 5G-Testbeds oder offenen 5G-Testplätzen ziehen, insbesondere im Hinblick auf Produktbewertung, Evaluierung der Anschaffung eines eigenen privaten 5G-Campusnetzes und Applikationstests für neue Anwendungen.

5G-Testbeds bieten KMU die Möglichkeit, Produkte und Dienstleistungen unter realistischen Bedingungen zu evaluieren. Durch die Nutzung eines 5G-Testnetzes können Unternehmen die Leistungsfähigkeit ihrer Produkte in einer 5G-Umgebung testen und potenzielle Probleme oder Engpässe identifizieren, bevor sie in den regulären Betrieb gehen. Dies ermöglicht es KMU, fundierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung und Optimierung ihrer Produkte zu treffen, um die Kundenzufriedenheit zu erhöhen und Wettbewerbsvorteile zu erlangen.

Viele Betriebe erwägen möglicherweise die Einrichtung eines eigenen privaten 5G-Campusnetzes, um ihre internen Kommunikations- und Betriebsabläufe zu verbessern. Durch die Nutzung von 5G-Testplätzen können sie die Machbarkeit eines solchen Projektes evaluieren und die Leistungsfähigkeit eines privaten 5G-Netzes unter realen Bedingungen testen. Dies umfasst die Bewertung der Netzabdeckung, der Datenübertragungsraten, der Latenzzeiten und anderer Leistungsindikatoren, um sicherzustellen, dass ein privates 5G-Netz den spezifischen Anforderungen des Unternehmens entspricht.

Unternehmen, die neue Anwendungen oder Dienste entwickeln, können von 5G-Testbetrieben profitieren, um die Leistung und Zuverlässigkeit ihrer Anwendungen in einer 5G-Umgebung zu testen. Dies umfasst die Durchführung von Lasttests, um die Skalierbarkeit der Anwendung zu überprüfen, sowie die Bewertung der Reaktionszeiten und der Benutzererfahrung unter realen Bedingungen. Durch die Nutzung von 5G-Testplätzen können Betriebe sicherstellen, dass ihre Anwendungen optimal auf die Anforderungen von 5G-Netzwerken abgestimmt sind und eine hohe Leistung und Zuverlässigkeit bieten.

Insgesamt bieten 5G-Testbetriebe und offene 5G-Testplätze KMU die Möglichkeit, die Vorteile von 5G-Technologie zu nutzen und innovative Lösungen zu entwickeln, die ihren Geschäftsanforderungen entsprechen. Durch die Evaluation von Produkten, die Prüfung der Anschaffung eines eigenen privaten 5G-Campusnetzes und Applikationstests für neue Anwendungen können Unternehmen ihre Wettbewerbsfähigkeit stärken und neue Chancen für Wachstum und Innovation erschließen.

Im Rahmen des Projektes 5G für Handwerk und Mittelstand stehen zwei Testbeds für Unternehmen und Handwerk für Testzwecke zur Verfügung, zum einen am CMT Charlottenhof der Handwerkskammer Niederbayern Oberpfalz und am Technologie Campus Freyung der technischen Hochschule Deggendorf. Beide Testbeds sind ausgebaute 5G Campus-Netze, die mit Frequenzen im Bereich 3700 MHz – 3800 MHz operieren. Die Netze sind mit jeweils unterschiedlicher Hardware aufgebaut worden und können somit ein breiteres Feld an Testmöglichkeiten abbilden. Im Folgenden wird das Testbed am TC Freyung genauer beleuchtet.

Das 5G Standalone Testbed am TC Freyung wurde mit dem Ziel entwickelt, eine Plattform für die Entwicklung und Demonstration maßgeschneiderter 5G-Anwendungen bereitzustellen, die speziell auf die Bedürfnisse von Handwerksbetrieben und KMUs zugeschnitten sind. Die Architektur des Testbeds basiert auf dem Open-RAN Standard, der eine flexible Integration verschiedener handelsüblicher Hardwarekom-ponenten ermöglicht. Diese Flexibilität ist entscheidend, um eine Vielzahl von Anwendungs-fällen abzudecken und individuelle Anpassungen auch nachträglich vornehmen zu können. Ebenso wird das Testbett durch eine Reihe von Demonstratoren ergänzt, die die praktische Anwendung von 5G in verschiedenen Szenarien verdeutlichen, darunter die Echtzeitsteuerung von Robotern, die Schulung von Mitarbeitern über Virtual Reality und die Fernwartung von Maschinen.

Das Testbed verfügt über eine Reihe von erweiterten Funktionen und Messgeräten, die eine umfassende Analyse und Optimierung von 5G-Anwendungen ermöglichen. Die Demonstratoren dienen nicht nur dazu, das Potenzial von 5G aufzuzeigen, sondern auch dazu, konkrete Lösungen für die Herausforderungen von Handwerksbetrieben und KMUs zu entwickeln. Durch die Integration von 5G in betriebliche Abläufe können Unternehmen ihre Effizienz steigern, Kosten senken und ihre Wettbewerbsfähigkeit stärken.

Das 5G Standalone Testbed für Handwerksbetriebe und KMUs bietet eine einzigartige Gelegenheit, die digitale Transformation in kleinen und mittleren Unternehmen voranzutreiben. Durch die Bereitstellung praktischer Erfahrungen und sinnvoller Anwendungen wird die Einführung von 5G erleichtert und beschleunigt. Das Projekt strebt an, die Zusammenarbeit zwischen Hochschulen, Industrie und KMUs zu fördern und die Innovationskraft der deutschen Wirtschaft zu stärken. Die kontinuierliche Weiterentwicklung des Testbeds und die mögliche Integration neuer Technologien wie Netzwerkslicing und mmWave-Technologie werden dazu beitragen, das Unternehmen auch in Zukunft qualifizierte Entscheidungen über künftige Investitionen im Bereich 5G treffen können.

Im Rahmen des Projektes „5G für Handwerk und Mittelstand“, gefördert durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie, soll in Zusammenarbeit zwischen der Handwerkskammer Niederbayern-Oberpfalz und der Technischen Hochschule Deggendorf, das Thema 5G dem Handwerk und Mittelstand näher gebracht werden. Hierzu erfolgt eine Reihe von Infotexten, die auf verschiedene Gesichtspunkte von 5G eingehen.

In einer zunehmend digitalisierten Welt, in der die Vernetzung von Unternehmen eine entscheidende Rolle für ihren Erfolg spielt, wird die Einführung von 5G Campusnetzen zu einem wichtigen Schritt für kleine und mittlere Unternehmen (KMU). Diese innovative Technologie bietet eine Reihe von Vorteilen und Möglichkeiten, die es Unternehmen ermöglichen, ihre Betriebsabläufe zu optimieren und ihre Wettbewerbsfähigkeit zu steigern.

Ein 5G Campusnetz ist im Wesentlichen ein privates 5G-Netzwerk, das speziell für die Anforderungen eines bestimmten Unternehmens oder einer Organisation konfiguriert ist. Im Gegensatz zu öffentlichen Mobilfunknetzen bietet ein Campusnetz eine maßgeschneiderte Lösung mit höherer Bandbreite, geringerer Latenzzeit und verbesserter Sicherheit. Dies macht es ideal für Unternehmen, die eine zuverlässige und leistungsstarke drahtlose Konnektivität benötigen, um ihre Betriebsabläufe zu unterstützen.

Ein zentraler Einsatzbereich für 5G Campusnetze in KMU liegt in der Verbesserung der internen Kommunikation und Zusammenarbeit. Durch die Bereitstellung schneller und zuverlässiger drahtloser Verbindungen können Mitarbeiter nahtlos auf Unternehmensanwendungen und -ressourcen zugreifen, unabhängig davon, wo sie sich auf dem Firmengelände befinden. Dies fördert die Effizienz und Produktivität, da Mitarbeiter flexibler arbeiten können und weniger Zeit mit der Bewältigung von Konnektivitätsproblemen verschwenden.

Darüber hinaus ermöglicht ein 5G Campusnetz die Implementierung fortschrittlicher Technologien wie dem Internet der Dinge (IoT) und der künstlichen Intelligenz (KI). Durch die einfache Vernetzung von Geräten und Sensoren können Unternehmen nahezu in Echtzeitdaten erfassen und analysieren, um fundierte Geschäftsentscheidungen zu treffen und ihre Prozesse zu optimieren. Zum Beispiel können Fertigungsunternehmen mithilfe von IoT-Sensoren die Maschinenleistung überwachen und vorbeugende Wartung durchführen, um Ausfallzeiten zu minimieren und die Produktivität zu steigern. Und das eben auch mobil ohne Kabelanbindung.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Schaffung neuer Geschäftsmöglichkeiten und die Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit. Durch die Implementierung von 5G Campusnetzen können KMU innovative Dienstleistungen und Lösungen entwickeln, die auf den Bedürfnissen ihrer Kunden basieren. Beispielsweise können Einzelhändler standortbezogene Angebote und personalisierte Einkaufserlebnisse durch die Nutzung von 5G-Technologie bereitstellen, um die Kundenbindung zu stärken und neue Umsatzquellen zu erschließen.

Um 5G Sendefrequenzen für ein Campusnetzwerk von der Bundesnetzagentur zu erwerben, muss ein Unternehmen verschiedene Schritte unternehmen und bestimmte Anforderungen erfüllen. Zunächst sollte das Unternehmen eine gründliche Analyse durchführen, um die Bedürfnisse und Möglichkeiten des geplanten Campusnetzwerks zu verstehen. Dazu gehören die Identifizierung potenzieller Standorte, die Analyse der bestehenden Infrastruktur und die Bewertung des allgemeinen Nutzens

Beantragt können Frequenzen im Band N78 von 3700 MHz – 3800 MHz in 10 MHz Blöcken bis maximal 100 MHz. Das ist mehr als die öffentlichen Provider im gleichen Band nutzen können. Zur Beantragung sind zudem folgende Unterlagen bereitzustellen:

Ein Frequenznutzungskonzept, welches als Erklärung u.a. dafür dient, für welchen Zweck die beantragten Frequenzen benötigt werden. Zum Beispiel für den Aufbau eines störungsfreien Kommunikationssystems zur Übertragung von umfangreichen Messdaten innerhalb und außerhalb des Betriebsgebäudes.

Des Weiteren muss die geplante Versorgungsfläche in Form von GPS-Koordinaten angegeben werden, dies dient auch als Berechnungsgrundlage für die Lizenzgebühr. Diese wird aus einer Berechnungsformel ermittelt und beträgt mindestens 1000 €. Die Lizenz kann dabei für eine Dauer von maximal 10 Jahren beantragt werden.

Für den Antrag sind zudem noch die verwendeten Antennensysteme mit Übertragungseigenschaften sowie die Bestätigung des Grundstückseigentums bzw. Nutzungsrechte. Schließlich ist noch die eigene Fachkunde für einen ordnungsgemäßen Aufbau und Einsatz des 5G Systems zu bestätigen bzw. durch die Angabe eines hierfür beauftragten Unternehmens anzugeben.

Die Erstellung eines Antrags für die Nutzung von 5G Frequenzen mag auf den ersten Blick sehr umfänglich wirken, ist jedoch mit der Unterstützung des beauftragten Unternehmens zum 5G Campusnetzaufbau oder direkt durch die Bundesnetzagentur innerhalb von ein paar Wochen zu erledigen.

Insgesamt erfordert der Erwerb von 5G-Frequenzen für ein Campusnetzwerk bei der Bundesnetzagentur eine sorgfältige Planung, eine gründliche Vorbereitung und die Einhaltung gesetzlicher und technischer Anforderungen.

Im Rahmen des Projektes „5G für Handwerk und Mittelstand“, gefördert durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie, soll in Zusammenarbeit zwischen der Handwerkskammer Niederbayern-Oberpfalz und der Technischen Hochschule Deggendorf, das Thema 5G dem Handwerk und Mittelstand näher gebracht werden. Hierzu erfolgt eine Reihe von Infotexten die auf verschiedene Gesichtspunkte von 5G eingehen.

WLAN (Wireless Local-Area Networks) auch Wi-Fi genannt, nach dem Firmenkonsortium Wi-Fi Alliance, ist der verbreitetste Standard für die Datenübertragung im unlizenzierten Frequenzbereich und wird nahezu in jedem Haushalt und jedem Unternehmen eingesetzt.

Wi-Fi 6 wird auch als die 6te Generation des WLAN Standards bezeichnet. Der WLAN Standard selbst lautet IEEE 802.11 (Institute of Electrical and Electronics Engineers) und Wi-Fi 6 entspricht dem Standard IEEE 802.11ax. Die Namensgebung Wi-Fi 1 – 6 wurde erst 2020 eingeführt, um eine einfachere Einordnung der Standards zu ermöglich. Davor wurde entsprechend von IEEE 802.11 (b, a, g, n, ac, ax) gesprochen. Am relevantesten sind heute noch die folgenden Standards:

Wi-Fi 4 (IEEE 802.11n), welcher meist noch bei günstigen Geräten im Frequenzbereich von 2,4 GHz verwendet wird und neben der gleichzeitigen Nutzung von mehreren Antennen mittels MIMO (Multiple Input Multiple Output) auch eine maximale Sendebandbreite von 40 MHz für eine maximale Bruttodatenrate von 150 Mbit/s je Antenne brachte.

Wi-Fi 5 (IEEE 802.11ac) machte den Frequenzbereich von 5 GHz in der Breite nutzbar und steigerte somit auch die maximale Frequenzbandbreite auf bis zu 160 MHz. Zusätzlich mit weiteren Verbesserungen wurden hierdurch eine Bruttodatenrate von bis zu 866 Mbit/s je Antenne möglich.

Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax) steigerte die Effizienz der Funkübertragung durch den Einsatz von OFDMA (orthogonal frequency-division multiple access) einer Technik wie sie auch im Mobilfunk eingesetzt wird. Dies verbessert insbesondere die Kommunikation im Netz mit mehreren WLAN-Endgeräten (Smartphones etc.). Durch OFDMA und weitere Verbesserungen konnte somit die erreichbare Bruttodatenrate bei identischer Frequenzauslastung von Wi-Fi 5 auf bis zu 1201 Mbit/s je Antenne gesteigert werden.

Wi-Fi 6E steht für die Erweiterung des nutzbaren Frequenzbandes von 5 GHz auf 6 GHz und ermöglicht so die Nutzung weiterer WLAN-Kanäle, wovon insbesondere große bzw. eng gedrängte WLAN Netze profitieren. Dies stellt eine grobe Übersicht über die Entwicklung des WiFi Standards dar und dient als Orientierungshilfe.

Wi-Fi bzw. WLAN-Netze lassen sich kostengünstig aufbauen und einfach in Betrieb nehmen. Bei optimalen Bedingungen lassen sich wie beschrieben auch sehr hohe Durchsatzraten erzielen, so sind theoretisch bei einer üblichen 2x2 MIMO-Verbindung mit zwei Antennen bis zu 2402 Mbit/s an Bruttodatenrate möglich. Die tatsächlichen übertragenen Nettodatenraten können jedoch stark davon abweichen. Unter realistischen Bedingungen mit Hindernissen zwischen Sender und Empfänger sowie kleineren Frequenzbandbreiten fällt die Nettodatenrate schnell auf ein Viertel und weniger des theoretischen Maximums ab. Kommen noch weitere Faktoren wie Interferenzen im unlizenzierten Frequenzband, eine hohe Netzauslastung sowie suboptimale Empfangsmodule dazu, so bleibt oft nur ein Bruchteil der Netzleistung je Teilnehmer übrig.

Eine weitere Eigenschaft von Wi-Fi sind die potenziell niedrigen Latzenzzeiten. So ist es mit Wi-Fi durchaus möglich Latenzzeiten von wenigen Millisekunden zu erreichen. Jedoch sind diese Werte nicht stabil und können durch Störungen schnell bis in den Sekundenbereich steigen. Auch ist die sichere Datenübertragung nicht gewährleistet und es können bei Interferenzen auch hohe Verlustraten auftreten. Daran zeigen sich am deutlichsten die Nachteile von Funktechnologien im unlizenzierten Frequenzbereich. Generell können bei Wi-Fi die freien Frequenzbänder eben nicht beliebig von allen Teilnehmern genutzt werden, ansonsten wäre ein normaler Betrieb bei mehr als einem Sendegerät nicht möglich. Daher gilt ein gewisses Fair-Use Prinzip, bei dem alle Geräte sich das verfügbare Spektrum teilen.

Dem gegenüber steht 5G, welches primär auf lizenzierte Frequenzräume setzt und daher bereits das Problem mit Interferenzen größtenteils gelöst ist. Da nur zugelassenen Betreiber die von der Bundesnetzagentur zugeteilten Frequenzen für 5G nutzen dürfen. Somit ist die Voraussetzung für ein möglichst stabiles Funknetzwerk gegeben und kann auch für kritischerer Anwendungen eingesetzt werden. Ein Nachteil der lizenzierten Frequenzen ist, dass in der Regel nur eine begrenzte Frequenzbandbreite zur Verfügung gestellt werden kann. Somit können in Deutschland nur maximal 100 MHz Bandbreite im Frequenzbereich < 6 GHz für Campusnetze beantragt werden, wohingegen bei Wi-Fi allein im 5 GHz Bereich zwei 160 MHz Blöcke nutzbar sind, jedoch von jedem gleichzeitig und nahezu überall. Es sei aber noch erwähnt, dass für 5G im mmWave Bereich (> 24 GHz) Frequenzbandbreiten bis zu 800 MHz bereitstehen.

Darüber hinaus ist 5G durch die technische Struktur aus dem klassischen Mobilfunk bereits bestens für die Verwaltung von hohen Teilnehmerzahlen gerüstet. Ein 5G Netz kann im Gegensatz zu Wi-Fi sehr gut in der Zahl der aktiven Nutzer skaliert werden. Bei Wi-Fi Netzen sollten jedoch nur max. 50 aktive Endgeräte von einem Wi-Fi Access Point gleichzeitig versorgt werden. Bei etwas höheren Anforderungen sinkt diese Empfehlung bereits auf 10 – 15 Wi-Fi Nutzergeräte. Wie aus dem Alltag bekannt können Mobilfunkstationen mit 4G/5G jedoch hunderte bis tausende Nutzer verwalten.

Ein klarer Nachteil bei 5G ist der aktuell hohe Preis, allein ein 5G Modem kostet noch mehrere Hundert Euro und ein eigenes 5G Campusnetz bewegt sich meist im 6-stelligen Bereich. Allerdings ist diese Hardware auch deutlich leistungsfähiger. So können 5G Modems auch bei sehr schlechten Empfangsbedingungen noch normal arbeiten bei denen Wi-Fi Geräte bereits keine Verbindung mehr aufbauen können. Zudem gibt es bei 5G zahlreiche nützliche Features, wie das im vorherigen Beitrag genannte Network-Slicing, welches den entkoppelten Betrieb von Endgeräten im gleichen Netzwerk mit angepassten Sendeeigenschaften erlaubt. Mit 5G ist es möglich hochspezialisierte Netze aufzubauen, die so mit den Werkzeugen aus dem IEEE 802.11 Standards für WLAN nicht möglich wären. Zudem können bei 5G mit der Nutzung von öffentlichen Providernetzen die Ortsabhängigkeiten von Netzen aufgelöst werden und ein vollständig mobiler Betrieb von Nutzergeräten ermöglichen. In öffentlichen Providernetzen stehen u.a. auch die Frequenzen 700 MHz, 1800 MHz und 2100 MHz zur Verfügung, wodurch eine nahezu flächendeckende Versorgung mit 5G möglich ist.

Abschließend lässt sich somit folgendes festhalten, Wi-Fi macht vor allem dort Sinn, wo eine kostengünstige Lösung gefordert ist und die Anforderungen an das Netz im überschaubaren Rahmen bleiben. Für neue Wi-Fi Projekte sollte darauf Wert gelegt werden den jeweils aktuellen Standard zu verwenden, da mit jeder Generation signifikante Fortschritte gemacht werden. Ein 5G Netz ist dann angebracht, wenn hohe Sicherheit, Stabilität und/oder Mobilität gefordert sind sowie Applikationen beim Nutzer existieren, die von 5G und seinen Features profitieren können oder sogar erst durch 5G möglich werden.

Im Rahmen des Projektes „5G für Handwerk und Mittelstand“, gefördert durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie, soll in Zusammenarbeit zwischen der Handwerkskammer Niederbayern-Oberpfalz und der Technischen Hochschule Deggendorf, das Thema 5G dem Handwerk und Mittelstand näher gebracht werden. Hierzu erfolgt eine Reihe von Infotexten die auf verschieden Gesichtspunkte von 5G eingehen.

Durch 5G werden bestehende Anwendungen im Bereich Extended Reality (XR), welche zwar grundsätzlich auch mit 4G umsetzbar wären, alltagstauglich und für einen breiteren Einsatz interessant. Zum einen steigen nämlich die Leistungswerte bei 5G Netzen gegenüber 4G und zum anderen können 5G Netze mit Hilfe von Slices auf bestimmte Anwendungen getrimmt werden oder auch teilweise Kundenexklusiv bereitgestellt werden.

XR stellt hierbei einen Überbegriff dar, der alle bekannten Arten der digitalen Realitäten in sich vereint. Hierrunter fällt u.a. Augmented Reality (AR), welches zumeist bei Smartphones Einsatz findet und im Kamerabild des Gerätes weitere virtuelle Objekte einblenden kann. Somit lassen sich im Raum virtuell Möbel oder Geräte in Originalgröße platzieren und ermöglichen eine Abschätzung des passenden Stellplatzes. Virtual Reality (VR) wird zumeist im Zusammenhang mit Computerspielen genannt, da hierbei über eine VR-Brille eine rein virtuelle Darstellung dargeboten wird, mit der, aus der Ich-Perspektive, über passende Controller interagiert werden kann. Diese Technik wird aber auch genutzt, um Bauprojekte bereits in der Planungsphase zu begehen, oder auch um virtuell Schulungen an Anlagen und Maschinen durchzuführen. Zuletzt sei noch Mixed Reality (MR) erwähnt, welches über spezielle Hardware, wie die Hololens von Microsoft, es versteht virtuelle Objekte mit der echten Welt zu verschmelzen und somit u.a. für Einsätze im Bereich Remote-Assist prädestiniert ist. Hierdurch kann ein Helfer aus der Ferne einem Anwender punktgenau Anweisungen an einem echten Gerät vor Ort geben und gleichzeitig die richtige Bedienung begutachten. Abseits von den genannten Punkten gibt es auch Mischanwendungen, die z.B. Funktionen aus VR und AR vereinen, daher ist es oft am besten schlicht von XR-Anwendungen zu sprechen.

XR-Anwendungen benötigen nicht zwangsweise eine gute Drahtloskommunikationsverbindung, viele Anwendungen können auch rein lokal auf einem Gerät ablaufen und funktionieren selbständig. Interessant wird es, wenn es gilt auf einen großen Datenpool zuzugreifen und nur die benötigten Daten zu laden, zum Beispiel bei Bauplänen und Architekturprojekten. Diese sollen dann schnell und ohne große Verzögerung bereitstehen. Eine andere denkbare Anwendung ist die Fernsteuerung von Robotern über XR, hierbei sollen z.B. die Kamerainformationen und die Steuerbefehle mit möglichst kurzer Latenz übertragen werden, um eine möglichst verzögerungsfreie Bedienung zu ermöglichen. Hierbei ist auch eine robuste Datenübertragung ohne Störungen gewünscht, wodurch solche Anwendung zusätzlich von einem 5G Netz gegenüber WLAN profitieren können. Nicht zuletzt sei erwähnt, dass durch 5G der mobile Einsatz von XR im Feld attraktiver wird, z.B. für Remote Assist bei komplizierten Anlagen und auch für ortsunabhängige Schulungen mittels VR genutzt werden kann.

Abseits von XR werden durch 5G auch künftige Anwendungsfelder erschlossen, welche durch 4G und WLAN nicht abgedeckt werden können. So wird es mit mmWave 5G Systemen (Frequenzen größer 24 GHz) möglich, im Rahmen von Ultra Reliable Low Latency (URLLC), Echtzeitanwendungen mit benötigten Latenzen < 1ms drahtlos umzusetzen. Hierfür ist bis jetzt eine Kabelgebunde Kommunikationsleitung nötig gewesen. So können z.B. Hochgeschwindigkeitsanlagen in der Produktion modularer aufgebaut werden und schneller bei Bedarf umgesetzt werden. Des Weiteren können Industrieroboter mobil aufgebaut werden und sind zu jeder Zeit über 5G performant mit einem Datennetz verbunden. Durch URLLC könnten auch Sicherheitssysteme drahtlos umgesetzt werden, welche eine hohe Verbindungssicherheit benötigen.

Weiterführend können künftig angepasste 5G Systeme für Positionierungs- und Ortungsaufgaben, insbesondere im Innenbereich genutzt werden, um kontinuierliche Positionsinformationen zu erhalten, um somit ein detaillierteres Monitoring zu ermöglichen. Dies könnte zum Beispiel für Logistiksysteme genutzt werden.

Im Zuge der Weiterentwicklung von 5G in Form der einzelnen 3GPP Releases werden immer mehr Funktionen und Anwendungsmöglichkeiten ergänzt, welche bereits bis zu Orbitalanwendungen im Satellitenbereich reichen.

Im Rahmen des Projektes „5G für Handwerk und Mittelstand“, gefördert durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie, soll in Zusammenarbeit zwischen der Handwerkskammer Niederbayern-Oberpfalz und der Technischen Hochschule Deggendorf, das Thema 5G dem Handwerk und Mittelstand näher gebracht werden. Hierzu erfolgt eine Reihe von Infotexten, die auf verschieden Gesichtspunkte von 5G eingehen.

Bei 5G handelt es sich nicht nur um die logische Weiterentwicklung des Mobilfunkstandard 4G (LTE) für große Provider, sondern um eine offene flexible Technologie, welche unter anderem im Rahmen von Campusnetzen, von allen eingesetzt werden kann. Daher steht 5G neben höhere Durchsatzraten, kürzeren Latenzzeiten und verbesserte Teilnehmerdichte, vor allem auch für flexible zugeschnittene Netze, die entsprechend den eigenen Anforderungen aufgebaut werden können. So ist es zum Beispiel möglich, neben dem öffentlichen Netz auch hybride Lösungen zu nutzen. Gemeint ist damit eine priorisierte teilexklusive Verwendung des öffentlichen Netzes in Form eines eigenen Slices. Darüber hinaus könnte sogar eine eigene Funkzelle eines Providers auf dem eigenen Betriebsgelände aufgebaut werden. Die Möglichkeiten ziehen sich hierbei bis hin zu einem komplett autark betriebenen 5G Campusnetz, welches ausschließlich für interne Zwecke zur Verfügung steht.

Neben den architektonischen Möglichkeiten für den Netzaufbau, kann ein 5G Netz wie erwähnt den jeweiligen Anforderungen angepasst werden. So dreht sich das Mobilfunknetz der 5ten Generation nicht nur um Smartphones, Tablets oder intelligente Lautsprecher, sondern erobert neue Anwendungsgebiete im Bereich Echtzeitkommunikation oder massive IoT. In Zukunft sollen Latenzzeiten von weniger als einer Millisekunde möglich sein. Das liegt dann auf dem Niveau von kabelgebundenen Systemen und ermöglicht eine nahezu verzögerungsfreie Kommunikation.

Im Vergleich zu gängigen Funktechnologien wie WLAN fällt der Unterschied sogar noch drastischer aus. Denn durch die lizensierten 5G Frequenzräume wird eine Robustheit der drahtlosen Kommunikation erreicht, welche durch potenziell störanfällige, im unlizenzierten Funkbereich arbeitende Systeme (zum Beispiel Bluetooth), nicht darstellbar sind. Dies liegt schlicht daran, dass die hierfür eingesetzten Frequenzen von jedem verwendet werden dürfen. Man denke nur an einen privaten WLAN-Hotspot vom Smartphone eines Mitarbeiters in Reichweite des firmeninternen WLAN-Netzes.

Aufgrund der Vielzahl positiver Eigenschaften werden 5G Netze bereits in Industrie, Medizin, Logistik, Forschung und vielen weiteren Bereichen eingesetzt. So setzt zum Beispiel die Lufthansa 5G gestützte mobile Kamerasysteme für die Ferndiagnose von Triebwerken ein. Mit klassischen WLAN-Netzen wäre dies in der geforderten Qualität nicht machbar. Des Weiteren ergeben sich neue Möglichkeiten beim Aufbau von flexiblen Industriestraßen, dem Einsatz von XR-Remote Assist oder dem Aufbau einer autonomen Warenhalle.