Wird RedCap 5G den IoT-Goldrausch auslösen?

Jan 24, 2024

Von Jeff Vance

Netzwerkwelt |

Die Einführung der 5G-Mobilfunktechnologie sollte das Spiel sein, das die IoT-Welt in Aufruhr versetzt, aber genau so hat es nicht geklappt. Es ist nicht so, dass die Flammen gelöscht wurden, sondern vielmehr, dass das IoT-Wachstum eher geschwelt als aufgeflammt ist.

5G selbst ist für eine Vielzahl von Anwendungsfällen weit verbreitet, aber die Akzeptanz bei IoT-zentrierten Unternehmensanwendungen wie gesundheitsbezogenen Wearables, industriellen IoT-Netzwerken, Überwachung und Sicherheit, Anlagenverfolgung und Flottenmanagement erfolgt nur langsam.

„In Bezug auf Latenz und Bandbreite benötigt die überwiegende Mehrheit der IoT-Geräte kein 5G“, sagt Jason Leigh, Research Manager, 5G & Mobility Research bei IDC. „5G ist wie ein Ferrari-Motor, aber die meisten Autos brauchen keinen Ferrari-Motor.“ Die erweiterten Funktionen von 5G haben auch einen höheren Preis, und viele IoT-Anwendungsfälle können die zusätzlichen Kosten nicht decken.

Das könnte sich jedoch mit einer bevorstehenden 5G-Spezifikation namens RedCap ändern, die speziell für IoT-Geräte entwickelt wurde. RedCap könnte der Funke sein, der die IoT-Welt in Aufruhr versetzt.

Die nächste Generation der Mobilfunktechnologie ist 5G Advanced oder 5.5G. Die Spezifikation wird voraussichtlich innerhalb eines Jahres genehmigt. Eine wichtige Funktion, die in 5G Advanced enthalten sein wird, ist eine Gerätekategorie namens „New Radio Reduced-Capability (RedCap)-Geräte“.

RedCap umfasst eine Mischung aus Funktionen, die Faktoren wie Abdeckung und Durchsatz mit Einschränkungen wie begrenzter Batterielebensdauer und fehlenden Antennen in Einklang bringen. Die Kombination unterstützt Anwendungsfälle, die nicht immer die Hochleistungsfähigkeiten der aktuellen 5G-Technologie benötigen, die aber über fortschrittliche Mobilfunknetze schneller skalierbar wären.

„Ein Hauptgrund für die langsame Einführung von 5G im IoT-Bereich liegt darin, dass veraltete Technologien für viele dieser Anwendungsfälle einwandfrei funktionieren“, sagt Leigh. Wenn Konnektivitätsoptionen wie WLAN und das alte 3G-LTE funktionieren, gibt es keinen wirklichen Anreiz für einen Wechsel, und obwohl 3G in den USA ausgelaufen ist, dominiert es in weiten Teilen der Welt immer noch.

Mit RedCap besteht die Hoffnung, dass IoT-Netzwerke vom zunehmenden Umfang der 5G-Implementierungen profitieren, wodurch IoT an einer größeren Anzahl von Standorten und für eine größere Anzahl von Geräten möglich wird. Da viele eingeschränkte IoT-Geräte über weniger On-Device-Funktionen verfügen, erleichtert RedCap es Geräteherstellern, Dinge wie geringen Stromverbrauch und Robustheit zu priorisieren.

Als Netzbetreiber und Telekommunikationsunternehmen sich beeilten, die erste Welle von 5G-Netzen aufzubauen, teilten sie die 5G-Implementierungen in zwei Kategorien ein: Standalone (SA) und Non-Standalone (NSA). Heutzutage handelt es sich bei den meisten 5G-Netzwerken um NSA 5G, bei denen es sich typischerweise um eine Mischung aus 5G-Funkzugangsgeräten und 4G-Infrastruktur handelt.

Beim jetzigen Stand der Spezifikation sieht es jedoch so aus, dass RedCap von den Betreibern die Bereitstellung von 5G SA verlangen wird, was immer noch eine Minderheit der 5G-Implementierungen darstellt. Nach Angaben der Global Mobile Suppliers Association (GSA) haben 259 Betreiber in 102 Ländern kommerzielle 5G-Dienste eingeführt, aber nur 41 Betreiber haben öffentliche 5G-SA-Netze eingeführt oder bereitgestellt, während 115 in eine breitere Kategorie fallen, die Evaluierung, Tests, Pilotierung und Planung umfasst SA-Netzwerke.

Da der Ausbau von 5G SA stetig zunimmt, verspricht RedCap eine wichtige Brücke von der alten Konnektivität zu standardisierten All-5G-Ökosystemen zu sein.

Auch wenn 5.5G noch mindestens mehrere Monate davon entfernt ist, eine offizielle Spezifikation zu werden, warten Mobilfunkanbieter und -betreiber nicht. Sie testen bereits Geräte, Infrastruktur und Netzwerke vor 5,5G.

AT&T, Ericsson, Nokia und MediaTek haben alle Advanced 5G getestet. Im Juli testete AT&T 5G-RedCap-Datenanrufe sowohl im Labor als auch vor Ort mithilfe seines neu bereitgestellten 5G-SA-Netzwerks. Bei dem Test wurde die RedCap-Plattform des Chipherstellers MediaTek mit der AirScale-Funkzugangsausrüstung von Nokia und dann mit dem 5G SA-Netzwerkkern von AT&T verbunden.

„5G RedCap ist für Geräte konzipiert, die derzeit von LTE CAT-4 versorgt werden, bietet jedoch eine gleichwertige oder bessere Leistung mit einem theoretischen maximalen Downlink-Durchsatz von bis zu 150 Mbit/s. Es trägt dazu bei, die Komplexität, Kosten und Größe von 5G-Geräten zu reduzieren. Außerdem werden Optionen eingeführt, die es Geräten ermöglichen, mit niedrigerem Stromverbrauch zu arbeiten“, schrieb Jason Sikes, AVP Device Architecture bei AT&T, in einem Unternehmensblogbeitrag über den RedCap-Test. „Diese Upgrades werden 5G in Produkte und Anwendungen integrieren, die mit voll ausgestatteten 5G-Technologien nicht wie tragbare Geräte wie Smartwatches und AR-Brillen sowie IoT-Geräte für das Gesundheitswesen, die Vermögensverfolgung, Smart-Home-Systeme, das Flottenmanagement und mehr funktionieren können.“

Ein weiterer Vorteil von 5G RedCap wird seine Fähigkeit sein, Konnektivität für tragbare Verbrauchergeräte bereitzustellen, die kostensensibel und platzbeschränkt sind. „Ein 5G RedCap-Kerndesign hat eine maximale Bandbreite von 20 MHz mit einem einzigen Träger, ohne dass mehrere Träger zusammengefasst werden müssen. Dies ermöglicht einfachere und kleinere Antennendesigns mit einem Sender (1TX) und einem oder zwei Empfängern (1RX oder 2RX) im Gegensatz zu den komplexeren MIMO-Antennendesigns, die für 5G-NR-Geräte mit vollem Funktionsumfang wie Smartphones erforderlich sind“, bemerkte Sikes.

MediaTek arbeitete außerdem mit Ericsson zusammen, um in einem Ericsson-Labor in Schweden Daten und Voice over New Radio (VoNR)-Anrufe auf den TDD- und FDD-Spektrumsbändern zu testen. (TDD verwendet ein Frequenzband sowohl für den Uplink als auch für den Downlink und schaltet zwischen beiden um. FDD verwendet unterschiedliche Frequenzbänder für Uplink und Downlink.) Der Test sollte die Fähigkeit von Ericsson RedCap demonstrieren, als brauchbare Radio Access Network (RAN)-Software zu dienen Dies unterstützt 5,5G-Anwendungsfälle für Geräte wie Wearables, Sensoren und industrielle Überwachungskameras, die eine konsistente Konnektivität erfordern, die die Batterien der Geräte nicht schnell entlädt.

„Die Ericsson Reduced Capability-Software wird eine völlig neue Welt voller Möglichkeiten für neue Gerätetypen eröffnen, die nicht die gesamte Bandbreite der 5G-Leistung benötigen, und diese FDD- und TDD-Aufrufe sind ein entscheidender erster Meilenstein auf diesem Weg“, sagte Sibel Tombaz , Leiter der Produktlinie 5G RAN bei Ericsson. „Durch die Aktivierung von Daten und Voice over New Radio (VoNR) auf den FDD- und TDD-Spektrumbändern leistet Ericsson RedCap Pionierarbeit für eine völlig neue Reihe von Anwendungsfällen sowohl für Verbraucher als auch für die Industrie, und zwar auf eine Weise, die sowohl kosten- als auch energieeffizient ist.“

Unter Verwendung der vorkommerziellen Ericsson RedCap-Software und der RedCap-Testplattform von MediaTek umfasste der Test einen FDD-Datenanruf, der eine Durchsatzgeschwindigkeit von 220 Mbit/s im Downlink und 74 Mbit/s im Uplink erreichte. Die Mobilfunkpartner tätigten außerdem einen TDD-Datenanruf, der eine Downlink-Geschwindigkeit von 153 Mbit/s und eine Uplink-Geschwindigkeit von 13,5 Mbit/s erreichte. Diese Geschwindigkeiten reichen aus, um eine Reihe von IoT-Anwendungsfällen zu unterstützen, darunter Wearables für Verbraucher und Industriesensoren. Ericsson beabsichtigt, bis November ein vorab spezifiziertes RedCap-Ökosystem kommerziell bereit zu stellen und es als Software-Ergänzung zu seinen bestehenden 5G-SA-Netzwerken bereitzustellen.

Ein großer Vorteil von 5,5G besteht darin, dass es als Software-Upgrade bereitgestellt werden kann. „Eine Sache, die die Branche bei den frühen 5G-Implementierungen wirklich richtig gemacht hat, war, sie so zu gestalten, dass sie durch Software-Patches aktualisiert werden können“, sagt Leigh. Theoretisch bedeutet dies, dass 5,5G die veraltete LTE-Infrastruktur unterstützen könnte und dass ein gewisses Maß an Abwärtskompatibilität integriert werden könnte, um ältere Geräte zu unterstützen.

Die Wearables, an die die meisten Menschen denken, sind in der Regel diejenigen, die wir bereits nutzen, wie zum Beispiel Smartwatches. Mit besserer Konnektivität in kostengünstigeren Geräten wird RedCap jedoch Anwendungsfälle wie in ID-Tags eingebettete Sensoren oder sogar Schutzhelme für Geofencing ermöglichen. Der Vorteil von RedCap gegenüber RFID und WiFi besteht darin, dass das Gerät die Konnektivität nicht verliert, wenn es die Einrichtung verlässt. In den meisten Fällen ist die Hinzufügung von Mobilfunk heutzutage jedoch zu teuer. Darüber hinaus bedeutet das Hinzufügen von Mobilfunk das Hinzufügen einer zusätzlichen Antenne und eines verbesserten Akkus.

Experten halten die Möglichkeit, eingeschränkte Geräte zu integrieren, für einen notwendigen Schritt auf dem Weg zu einem reinen 5G-Ökosystem, aber es ist wahrscheinlich realistischer, dass dieses Maß an Verbreitung mit 6G erreicht wird.

„Spektrum ist das Lebenselixier der Branche, und wenn wir anfangen, über 6G zu sprechen, woher soll dieses Spektrum kommen?“ fragte Leigh. Das 6G-Spektrum wird höchstwahrscheinlich durch die Abschaltung alter Mobilfunkverbindungen entstehen. „Wir sprechen davon, dass LTE weltweit eingestellt wird, aber in den USA war es schmerzhaft, 3G abzuschalten. RedCap ist ein notwendiger Teil der langfristigen Migration zu einem gemeinsamen mobilen Ökosystem.“

Heutzutage verfügen IoT-Geräte über verschiedene Verbindungsmöglichkeiten: WLAN, LPWAN, Bluetooth, LTE und 5G. Das mag wie Überfluss aussehen und etwas, das Herstellern und Kunden eine große Auswahl bietet, aber die Realität ist, dass ein zersplitterter Markt mit schlechter Interoperabilität zu einem langsameren Wachstum als erwartet geführt hat.

RedCap könnte damit beginnen, dies zu ändern, indem es Betreiber dazu veranlasst, ihre Upgrades auf 5G SA und dann auf 5,5G zu beschleunigen, damit sie Kunden bedienen können, die eine günstigere Version von 5G benötigen, um ihre IoT-Anwendungsfälle in großem Umfang realisierbar zu machen.

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(Jeff Vance ist IDG-Autor und Gründer von Startup50.com, einer Website, die Technologie-Startups entdeckt, analysiert und bewertet. Folgen Sie ihm auf Twitter, @JWVance oder verbinden Sie sich mit ihm auf LinkedIn.)

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