Was ist das Besondere an der 5G Technologie?
Die fünfte Mobilfunkgeneration, kurz 5G, bietet gegenüber ihren Vorgängern viele bedeutende Verbesserungen. Am meisten mag die Geschwindigkeit beeindrucken: 5G überträgt Daten um ein Vielfaches schneller als die Netze der vorherigen Generationen LTE (Long-Term Evolution) beziehungsweise 4G [1].
Die Zeit drängt, eine umfassende 5G-Infrastruktur zu installieren (Bild 1), da Unternehmen auf der ganzen Welt daran arbeiten, ihre Kommunikationssysteme aufzurüsten. Schon für das Jahr 2022 war die Größe des weltweiten Markts für 5G-Services auf 195 Milliarden US-Dollar geschätzt worden, und Technologieanalysten erwarten, dass er 2023 ein Volumen von 315 Milliarden US-Dollar umfassen wird [2].
Dank neuer, höherer Frequenzbänder und fortschrittlicher Antennenkonzepte kann 5G die Datenübertragung deutlich beschleunigen und ihre Latenz verringern. Außerdem sinken gegenüber 4G der Energiebedarf und die Wartungskosten. Mit 5G steht auch mehr Kapazität für das Industrial IoT zur Verfügung, sodass Unternehmen mehr Sensoren und andere intelligente Geräte gleichzeitig in ihre Netzwerke einbinden können.
Ein Bericht von Frost & Sullivan prognostizierte bereits im Jahr 2021, dass 90 % der Industrieunternehmen bis 2022 das Edge Computing nutzen würden [3] – wofür die Konnektivität, Datenrate und geringe Latenz erforderlich sind, die nur 5G bieten kann. 5G beflügelt den Fortschritt in einer Vielzahl von Industriezweigen, einschließlich der fertigenden Industrie, der Energie- und Versorgungsunternehmen, der IT, aber auch der Sektoren Transport und Logistik, Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung, Landwirtschaft, Bauwesen und Gesundheitswesen. Im Grunde genommen wird jede Anwendung, die eine verzögerungsfreie – technisch korrekt: latenzarme – Kommunikation erfordert, von einem robusten 5GNetz profitieren.
Kleinere, fortschrittliche Zellen für 5G
Im Vergleich zu vorherigen Mobilfunkgenerationen nutzt 5G zusätzliche höhere, weniger belastete Funkfrequenzen. Somit lassen sich Informationen mit deutlich größerer Bandbreite übertragen. Da die höheren Frequenzen allerdings leicht durch Objekte, wie Gebäude, blockiert und durch Wetterbedingungen beeinträchtigt werden können, nimmt die Reichweite der einzelnen Basisstationen ab. Deshalb verwendet 5G eine größere Anzahl kleinerer Sender, um die benötigte Netzabdeckung zu erreichen. Jede der 5G-Zellen enthält sämtliche Ausrüstung, die für eine stabile Datenverbindung zwischen den Geräten im Netzwerk erforderlich ist.
Die Antennen in den kleinen Zellen arbeiten hochgradig gerichtet; sie nutzen das sogenannte Beamforming, um Intensitätsmaxima gezielt und verlustarm auf bestimmte Regionen rund um den 5G-Mast zu lenken. Sie können auch den Strombedarf schnell der aktuellen Belastung anpassen. Das bedeutet, dass ein Sender, wenn er nicht benutzt wird, innerhalb weniger Millisekunden in einen niedrigeren Leistungszustand übergeht und dann genauso schnell wieder zu höherer Leistung zurückkehrt, wenn diese benötigt wird. Das Power-Management in den 5G-Zellen ist vor allem aufgrund der künftig hohen Dichte vernetzter Geräte eine bedeutende Herausforderung: Fachleute schätzen, dass 5G mindestens eine Million Devices pro Quadratkilometer Fläche unterstützen muss [4].
Aktualisierte AISG-Steckverbinderstandards
Steckverbinder sind das entscheidende Bindeglied zwischen Kabeln, die Signale und Daten transportieren, und den Geräten, die Informationen aufzeichnen, verarbeiten und weiterleiten. Bezogen auf Mobilfunkantennen, hat die Nachfrage nach einer schnelleren und zuverlässigeren Datenübertragung die Entwicklung von Steckverbindern vorangetrieben, welche die besonderen Anforderungen der Antenna Interface Standards Group (AISG) erfüllen. Die AISG definiert die Kommunikationsschnittstelle für die ferngesteuerte Anpassung der Abstrahlcharakteristik (Remote Electric Tilt, RET) der Antenne. Der AISGStandard hilft bei der Definition des RS-485-AISG-Steckers (AISG C485), der für Außenanwendungen genutzt wird [5].
Die AISG-Norm definiert die elektrischen und mechanischen Eigenschaften, die Beständigkeit gegenüber relevanten Umgebungseinflüssen und die Materialien der Steckverbinder (Bild 2).
Elektrische Eigenschaften
- Bemessungsspannung: 32 V
- Strombelastbarkeit: 5 A je Kontakt
- Durchgangswiderstand: ≥5mΩ
- Isolationswiderstand: ≥10 - 8 Ω
Mechanische Eigenschaften
- Schutzart: IP68
- mechanische Lebensdauer: >100 Steckzyklen
- Steck- und Trennkraft: max. 60 N
- Kodierungen
- vibrations- und stoßfest
- Leiterausziehkraft: 80 N.
Einsatzbedingungen
- Beständig gegen raue Umgebungen (Schutz gegen Temperatur, Salznebel, Sonnenlicht und Regen).
Material und weitere Eigenschaften
- Gehäuseoberfläche aus Nickel wird empfohlen
- Kontaktbeschichtung aus Gold oder Silber
- Anschlussart: Crimp- oder Lötanschluss
- Polzahl: 8-Pol, wobei 4 bis 5 Kontakte verwendet werden
- Verschlusstechnik: Schraubverriegelung M16 x 0,75
- EMV-Schirmung
M16-Steckverbinder und 5G-Anwendungen
In der Antenneninfrastruktur, etwa in RET-Einrichtungen, Verstärkern an den Antennenmasten (TowerMounted Amplifiers, TMAs), Sensoren und Überwachungsgeräten werden verschiedene M16-Typen verwendet. Mit diesen Steckverbindern ausgestattete Kabelkonfektionen verbinden beispielsweise eine Mobilfunkbasisstation mit dem Elektromotor, der am Fuß der jeweiligen Antenne montiert ist. Für Außenanwendungen wie diese werden wasserdichte Steckverbinder benötigt, die einen zuverlässigen Schutz gegen Umwelteinflüsse gewährleisten.
Die Zahl und Vielfalt der Anwendungen, für die der M16-Steckverbinder geeignet ist, hat im Laufe der Jahre stark zugenommen (Bild 3): dank der erhöhten Polzahl, des kompakten Formats und des verbesserten Schutzniveaus. Die aktuellen 5G-Anwendungen sind das perfekte Beispiel für die Anpassungsfähigkeit des M16 an neue Leistungs- und Umweltanforderungen. Der M16-Steckverbinder ist eine hervorragende Alternative zu kostenintensiverer Verbindungstechnik; er besticht durch ein robustes und zuverlässiges Design zu einem günstigen Preis. Vergoldete Kontakte gewährleisten die Korrosionsfreiheit der Verbindung, und Gehäuse aus vernickeltem Messing bieten Schutz vor Umwelteinflüssen sowie eine hohe Vibrationsund Stoßfestigkeit.
EMV-Schirmung
Die hohe Dichte an Geräten in 5G-Netzwerken – Smartphones, Computer, IoT- und IIoT-Geräte – bedingt ein bedeutendes Potenzial für elektromagnetische Interferenzen (EMI), die den Datenverkehr beeinträchtigen können. Den effektivsten Schutz EMI und die damit verbundenen Störungen bieten Filter an der Steckverbinder-Schnittstelle [6]. Eine optimierte 360°-EMV-Schirmung für M16-Steckverbinder sorgt für beste Integrität empfindlicher Signal- und Leistungsanschlüsse. Die Schirme bestehen aus Metall und sind entweder als Kabelklemmen oder als Schirmringe erhältlich.
Eine wirksame Schirmung erfüllt die Dämpfungsanforderungen der Norm DIN 47250-6. Die Dämpfung beschreibt den Verlust an Signalstärke in Netzwerkkabeln beziehungsweise -verbindungen während der Übertragung. Das Dämpfungsmaß wird normalerweise in Dezibel angegeben (Bild 4).
Fazit
5G-Netze revolutionieren die mobile Konnektivität vor allem dank schneller Datenübertragung und geringer Latenz. 5G verleiht vernetzten Geräten Fähigkeiten, die Industrie und Verbrauchern gleichermaßen zugutekommen, und dank 5G kann das Internet of Things sein wahres Potenzial entfalten: mit erheblichen Fortschritten bei der Automatisierung, der Effizienz industrieller Prozesse und der Produktivität. Davon profitieren so unterschiedliche Branchen wie das fertigende Gewerbe, das Gesundheitswesen, das Transportwesen, die Öl- und Gasindustrie, die Luft- und Raumfahrt sowie die Verteidigungsindustrie.
Allerdings ist 5G nur so zuverlässig wie die Komponenten und Systeme, auf denen das Kommunikationsnetz aufbaut. Zuverlässige Verbindungen stellen höchste Anforderungen an Schirmung und Schutzniveaus. Steckverbinder – und ihre Fähigkeit, angesichts der rauen Applikationsbedingungen die Übertragungsleistung, die EMV-Schirmung und die Signalintegrität zu gewährleisten – sind für den Erfolg von 5G entscheidend. Vorausschauende Unternehmen haben ihre Konnektivitätsprodukte bereits so entwickelt, dass sie die Anforderungen von 5G (und zukünftigen Standards) zu einem wettbewerbsfähigen Preis erfüllen können.
Literatur
[1]
Die Unterschiede zwischen LTE, 4G und 5G; https://www.techbook.de/connectivity/mobilfunk/lte-4gunterschied-mobil-smartphone, aufgerufen am 09. Dezember 2022
[2]
5G Service Revenue to Reach $315 Billion Globally in 2023;
https://www.juniperresearch.com/pressreleases/5g-service-revenue-to-reach-$315bn-globally, aufgerufen
am 09. Dezember 2022
[3]
A. Gulli: The Critical Role of 5G in the Future of Work;
https://www.forbes.com/sites/googlecloud/2021/01/27/the-critical-role-of-5g-in-the-future-of-work/,
aufgerufen am 09. Dezember 2022
[4]
T. Fisher: 5G Cell Towers: Why You See Them and How They Work; https://www.lifewire.com/5g-celltowers-4584192, aufgerufen am 09. Dezember 2022
[5]
Antenna Interface Standards Group: Standard No. ASIG C485 V1 .1; https://aisg.org.uk/AISG-Connectorspecification-C485-v1.1.pdf, aufgerufen am 09. Dezember 2022
[6]
L. Smith: Three Key Considerations When Selecting EMI/RFI Shielding Solutions for Aerospace and
Defense Applications; https://connectorsupplier.com/three-key-considerations-when-selecting-emi-rfishielding-solutions-for-aerospace-and-defense-applications/, aufgerufen am 09. Dezember 2022