Datenübertragung Diese Vorteile bieten Millimeterwellen in der Industrie

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Millimeterwellen machen überall dort einen Unterschied, wo Echtzeitkommunikation gefordert wird. Etwa bei Logistikprozessen auf dem Industriegelände, in Fabrikhallen oder Flughäfen.

In der Technologie beschreibt der Begriff „Millimeterwellen“ elektromagnetische Wellen in einem sehr hohen Frequenzbereich zwischen 30 und 300 Gigahertz (GHz). Das entspricht einer Wellenlänge von ein bis zehn Millimetern. Diese Wellen sind sehr kurz, aber auch sehr stark und können eine große Menge an Daten übertragen: 800 Megabyte, was eine extrem große Bandbreite bedeutet. Gegenüber anderen Technologien haben Millimeterwellen den entscheidenden Vorteil, den sogenannten „Upload-Download-Split“ verändern zu können. Während im Privatkundenbereich etwa zu 90 Prozent Download-Verkehr im Netz herrscht, ist es in der Industrie häufig umgekehrt der Fall. Hier sollen viele Daten in den genutzten Anwendungen hochgeladen werden. Und das im besten Fall in Echtzeit. Genau für diesen Anwendungsfall sind Millimeterwellen gut geeignet. Denn die Upload-Zeit, die ein Datenpaket dafür braucht, ist extrem kurz. Sogar deutlich kürzer als mit dem üblicherweise in der Industrie verwendeten 3,7-Gigahertz-Frequenzband. Dabei wurden bereits Zeiten von nur knapp über eine Millisekunde gemessen. Diese kurzen Reaktionszeiten legen den Grundstein für Automation und KI-gesteuerte Prozesse in der Industrie, sie ermöglichen unter anderem die reibungslose Zusammenarbeit verschiedener Roboter und die verteilte Steuerung von Roboterflotten in der Produktion. Ein Beispiel dafür ist „Autonomous Logistics“ der T-Systems International.

Volumenmessung, Qualitätskontrolle und schnelle Datenübertragung 

In der Industrie sind Schnelligkeit und Präzision gefragt. Wie Millimeterwellen da helfen, wird an folgendem Beispiel klar: Für einen Auftrag soll Sand auf einen Lastkraftwagen verladen werden. Eine schnelle Bestimmung der vorhandenen Menge Sand wird häufig durch die weite Entfernung der Mitarbeitenden von der Lagerhalle erschwert. Zudem ist eine akkurate Berechnung mit dem bloßen Auge nicht möglich und erfordert personelle sowie zeitliche Ressourcen. Dennoch ist die Information wichtig, um zu beurteilen, ob ausreichend Material für den Auftrag vorliegt. An diesem Punkt kommen die Millimeterwellen ins Spiel: Über die Ausbreitungsbedingungen der Wellen in der Lagerhalle lässt sich erkennen, wie hoch und breit der vorhandene Sandhaufen ist. Damit kann eine volumetrische Messung durchgeführt und genau bestimmt werden, wie viel Sand im Lager liegt.

Außerdem helfen Millimeterwellen bei der Qualitätskontrolle. Beispielsweise bei Flugzeug-Turbinen: In den Turbinen sind Räder, die mit Werkzeugen aus einem ganzen Aluminiumblock herausgefräst werden. Der Fräs-Prozess bringt die Turbinenräder jedoch ins Schwingen. Dabei kann es passieren, dass die Schwingungen zu groß werden und das Werkzeug oder der Propeller selbst abbricht. Das ist gleichbedeutend mit dem Abbruch des gesamten Produktionsprozesses und zudem ein finanzieller Verlust. Sowohl der Aluminiumblock als auch die Werkzeuge sind sehr teuer, und eine Beschädigung sollte daher unbedingt vermieden werden. In Zukunft können Millimeterwellen dabei helfen, bereits von außen zu erkennen, ob Material anfängt, zu schwingen, bevor es zu Schäden kommt.

Neben dem Produktionsgelände finden die Wellen ihren Einsatz auch an Häfen, Bahnhöfen und Flugplätzen. Besonders bei letzterem ergibt sich ein sehr anschaulicher Anwendungsbereich: Landet ein Flugzeug im Flughafen, muss eine große Menge an Telemetriedaten übermittelt werden, die das Flugzeug zuvor gesammelt hat. Wie jeder weiß, müssen Flugzeuge an Flughäfen schnell abgefertigt werden, um Zeit und damit Geld einzusparen und den nächsten Slot für den Abflug zu erwischen. Dabei ist die Zeit entscheidend und könnte mit Millimeterwellen in Sekundenschnelle erfolgen. 

Nächste Stufe: Vorhersage von Latenzzeiten

Es wird tatsächlich an einer Technologie gearbeitet, die die Latenzzeiten einer Anwendung vorhersehen kann. Die Latenzen sind beim Einsatz von Millimeterwellen zwar immer gering, jedoch kann es zu leichten Abweichungen kommen, dem sogenannten „Jitter“. Der stört die Anwendungen. Um ihn direkt im Netz zu eliminieren, soll es künftig „Time Sensitive Networking“ und „Deterministic Networking“ als nächste Evolutionsstufe geben. Dabei handelt es sich um eine Kommunikation zwischen Sender und Empfänger. Beide Seiten tauschen Informationen aus, sodass sie wissen, wie lang die Laufzeit eines Datenpakets ist. So wird die Vorhersehbarkeit der Latenzzeiten ermöglicht. 

Die Abweichungen entstehen in erster Linie durch die Luftschnittstelle. Also durch atmosphärische Einflüsse wie Regen und Nebel, die die eine Verzögerung in der Ausbreitung der Millimeterwelle zur Folge haben. Bei der Planung des Netzes müssen dann Abschattungen vermieden und mit einberechnet werden, ob es Objekte in Bewegung gibt.

Knackpunkt Abdeckung und Endgeräte

Für die genannten Szenarien sind Millimeterwellen absolut sinnvoll. Es gibt dennoch Bereiche, für die sie nicht geeignet sind: überall da, wo eine große Abdeckung notwendig ist. Ein Beispiel dafür sind Hochregallager mit engen Regalböden. Diese abzudecken, schaffen die kurzen Millimeterwellen nicht. Auch reflektierende metallische Waren stellen ein Problem dar, da die Reflexionen die Wellen behindern. Eine genaue Analyse des Anwendungsbereichs und der Machbarkeit muss daher zwingend im Voraus erfolgen.

5G-Netz

Industriekunden können ab sofort 5G-Frequenz im Millimeterwellen-Bereich nutzen

Außerdem bedarf es entsprechend fähige Endgeräte, um Millimeterwellen erfolgreich einsetzen zu können. Zurzeit ist das Portfolio aber noch sehr beschränkt. Grundvoraussetzung ist hier ein bestimmtes 5G-Modem. Das existiert bereits, allerdings muss es noch in die Hardware der Gerätehersteller integriert werden. Das wiederum erfolgt aber erst, sobald die Nachfrage auf dem Markt groß genug ist. 

Thomas Panhans ist Commercial Manager M2M bei der Telekom Deutschland.