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GSM, UMTS und LTE für die Industrie

Welches Funkmodul ist das Richtige?

5. Juli 2016, 10:10 Uhr | Stefan Koltes

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Bewertung der zur Verfügung stehenden Standards

GSM (Global System for Mobile Communications, siehe Tabelle) ist mit einer Datenrate von maximal 86 kbit/s im Downlink und 43 kbit/s im Uplink der etablierte Standard für industrielle Applikationen. Wegen der geringen Datenraten und der Befürchtung, dass die Technologie nicht zukunftsträchtig sein könnte, ist diese für neue Generationen nicht mehr unbedingt geeignet.

Da es noch zu viele Security- und Automotive-Applikationen im Feld gibt, werden die GSM-Zellen zwar nicht abgeschaltet – aber auch keine neuen Zellen mehr eingerichtet. Dies ist ein ganz klares Statement der Betreiber, sich verstärkt neuen Standards zu widmen.

Die Abschaltung der Zellen ist in ca. zehn Jahren, also bis 2026, geplant. Ob diese dann auch tatsächlich durchgeführt wird oder nicht, hängt unter anderem damit zusammen, welche Applikationen sich zu diesem Zeitpunkt noch im Feld befinden.

Beim Standard EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) indes handelt es sich um eine Erhöhung der Datenrate, welche durch die Einführung eines neuen Modulationsverfahrens realisiert wurde. Mit EDGE ist ein Durchsatz von 476 kbit/s möglich. Letztendlich basiert dieser Standard jedoch auf dem GSM/GPRS-Funknetz und ist damit ebenfalls von der möglichen Abschaltung betroffen.

Generation	Übertragungstechnik	Übertragungsverfahren	Bandbreite bei Downloads
1G	AMPS	analog, leitungsvermittelt	--
2G	GSM	digital, leitungsvermittelt	9,5 kbit/s
2,5G	HSCSD	digital, leitungsvermittelt	57,6 kbit/s
2,5G	GPRS	digital, paketvermittelt	115 kbit/s
2,75G	EDGE	digital, paketvermittelt	236 kbit/s
3G	UMTS	digital, paketvermittelt	384 kbit/s
3,5G	HSPA	digital, paketvermittelt	14,4 Mbit/s
4G	LTE	digital, paketvermittelt	150 Mbit/s
4G	LTE Advanced (LTE-A)	digital, paketvermittelt	300 bis 600 Mbit/s
4,5G	LTE Advanced Pro (LTE-AP)	digital, paketvermittelt	1 Gbit/s

Übersicht der aktuell verwendeten Kommunikationsstandards.

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) schließlich ist als Zwischenschritt zu LTE zu sehen. Diese Technologie wäre aufgrund ihrer Bandbreite und der mittlerweile sehr günstigen Modulpreise und nicht zuletzt wegen der Rückwärtskompatibilität zu GSM/GPRS die richtige Wahl. Es kursiert allerdings auch hier das Gerücht, dass diese Technologie dem LTE (Long Term Evolution) weichen wird.

LTE-Zellen werden derzeit im Gegensatz zu UMTS-Zellen gerade in Ballungsgebieten immer mehr eingesetzt. Die Vergabe der Lizenzrechte, die für jeweils zehn Jahre gelten (seit 2015), liefern einen gewissen Anhaltspunkt dafür, wie lange manche Standards mindestens noch zur Verfügung stehen werden.

In der engeren Wahl sind also die Alternativen GSM/GPRS für Applikationen, die in den nächsten zwei Jahren auf den Markt kommen, oder aber konsequenterweise LTE-Module. Die erste Alternative ist sehr günstig, in der Industrie schon akzeptiert – aber wie bereits beschrieben nicht zukunftsträchtig für einen Zeitraum von 10 bis 15 Jahren.

Die LTE-Technologie hingegen scheint die zukunftsträchtigste Lösung zu sein. Jedoch ist sie ohne Fallback nicht kompatibel mit GSM/GPRS oder UMTS. Die Verbreitung in ländlichen Regionen ist zudem noch sehr gering, und die Modul-Preise liegen derzeit noch bis Faktor 8 über denen von GSM-Modulen.

Verfügbare Derivate mit einer Datenrate bis 21 Mbit/s im Download und 4,7 Mbit/s im Upload reichen heute oftmals aus. Der Nutzer muss lediglich entscheiden, ob der Schwerpunkt auf die Download- oder die Upload-Geschwindigkeit gelegt werden soll. Bei sicherheitstechnischen Applikationen, bei Messeinrichtungen oder Industriesteuerungen ist der Upload die elementare Größe.

In der Vergangenheit wurden nur einige Bit – zum Beispiel bei der Übertragung von Temperatur oder faktischen Zuständen – übertragen und so reichte ein Upload bis 42,8 kbit/s vollkommen aus. In der Zukunft hingegen sind deutlich höhere Datenraten vonnöten, die bei LTE mit 300 Mbit/s im Download und 50 Mbit/s im Upload ausreichend zur Verfügung stehen.

Da gerade bei IoT-Anwendungen eine rege Kommunikation zwischen der Cloud und der Industriesteuerung stattfinden muss und somit der Datendurchsatz ein Vielfaches betragen wird, geht der Weg zukünftig wohl in die Richtung von LTE, auch weil Firmware Updates z.B. immer komplexer werden und bei den vielseitigen Möglichkeiten der Steuerungen im industriellen Umfeld immer breitbandigere Technologien gefragt sind.

Diese Ansicht vertraten viele Kunden während des diesjährigen Wireless Congress in Barcelona, bei dem ein Unternehmen bereits Messgeräte für die 5. Generation vorstellte.