Hast du dich schon mal gefragt, wie eine Stadt sich nicht nur an das digitale Zeitalter anpassen, sondern auch davon profitieren kann? Unsere Welt wird immer digitaler, und das wirkt sich nicht nur auf die Art und Weise aus, wie wir miteinander kommunizieren, sondern auch darauf, wie Produkte hergestellt werden und wie Städte funktionieren. Ein spannendes Projekt hat sich zum Ziel gesetzt, Anwendungen für die neueste Generation der Mobilfunktechnik, 5G, zu entwickeln und in modernen Produktionsstätten und in der Stadt zu testen. Warum? Um uns die vielfältigen Möglichkeiten von 5G auf verständliche Weise näherzubringen und in realen Situationen greifbar zu machen. Gemeinsam mit Kooperationspartnern wie Instituten der Universität Stuttgart, Fraunhofer IAO und IPA, der Stadt Stuttgart und anderen¹ will Unisphere GmbH die Forschung und Industrie in der Region stärken und die Grundlage für bundesweite 5G-Anwendungen schaffen. Um dies zu erreichen, stellt Unisphere sein fundiertes Wissen über Drohnenanwendungen und Wetterbedingungen zur Verfügung, um neue Lösungen beispielsweise für die Überwachung der Luftverschmutzung zu unterstützen.

Die Frage ist: Wie kann 5G Branchen und Smart Cities revolutionieren und welche Möglichkeiten eröffnet es?

Wie funktioniert 5G?

Betrachten wir die Forschung im Bereich der 5G-Technologie als einen Weg, unsere Industrie und städtischen Gebiete intelligenter zu gestalten. Anstelle von komplizierten technischen Details konzentrieren wir uns darauf, wie 5G unser tägliches Leben beeinflussen könnte. Das Forschungsprojekt findet auf dem Forschungscampus ARENA2036 statt und nutzt die bestehende und ständig erweiterte 5G-Infrastruktur von Nokia Bell Labs. Hier werden die Grundlagen für den effizienten Einsatz von 5G in verschiedenen Bereichen gelegt.

Dieses Projekt zielt darauf ab, die entwickelten Technologien einer breiten Öffentlichkeit zugänglich zu machen. Der flächendeckende Ausbau des 5G-Netzes ermöglicht vielfältige Anwendungsbereiche, insbesondere in der Industrie 4.0. Diese Anwendungen versprechen mehr Effizienz, Sicherheit und Zeitersparnis für den Maschinenbau und die industrielle Fertigung in Süddeutschland. Ziel ist es, 5G als technologischen Vorreiter für die Region zu etablieren und langfristig eine führende Rolle in der Industrie 4.0 zu übernehmen.

Ein spannender Aspekt des Projekts ist der Technologietransfer in Smart-City-Anwendungen. Was bedeutet das? Die Forscher überlegen, wie 5G in Smart Cities eingesetzt werden kann, und testen dies anschließend in der Praxis. Die getesteten Ideen werden später an verschiedenen Orten in Stuttgart, beispielsweise am Flughafen, auf dem Vaihingener Campus und in der Innenstadt, demonstriert. So wird sichergestellt, dass die Technologie nicht nur in geschlossenen Labors, sondern auch in realen städtischen Umgebungen funktioniert.

Im Bereich Smart Cities liegt der Fokus besonders auf dem Einsatz von Drohnen. Das klingt vielleicht futuristisch, aber es geht darum, wie Drohnen für verschiedene Aufgaben in unseren Städten eingesetzt werden könnten. Von der Überwachung öffentlicher Räume bis zur Paketzustellung – die Möglichkeiten sind endlos. Dieses Projekt zeigt uns, wie 5G dazu beitragen kann, urbane Herausforderungen auf innovative Weise zu bewältigen.

Der wert von 5G für Industrie 4.0 und Smart City Anwendungsfälle

Die 5G-Technologie verspricht bahnbrechende Fortschritte für die Industrie 4.0 und Smart Cities. Bisherige Einschränkungen bei drahtlosen Anwendungen, wie begrenzte Bandbreiten und hohe Latenzzeiten, gehören der Vergangenheit an.

Mit 5G können maßgeschneiderte Netzwerke betrieben werden, die drei Hauptdienstkategorien ermöglichen:

• Enhanced Mobile Broadband (eMBB): Unterstützt extrem hohe Datenraten von bis zu 10 Gbit/s für Anwendungen wie hochauflösende Videoübertragungen und virtuelle/erweiterte Realität.
• Ultra Reliable Low Latency Communications (uRLLC): Bietet eine niedrige Latenz von bis zu 1 ms und eignet sich damit perfekt für die Maschinensteuerung und sicherheitskritische Systeme.
• Massive Machine-Type Communications (mMTC): Ermöglicht die Kommunikation zwischen intelligenten Einheiten mit sehr hoher Verbindungsdichte.

Diese drei Dienstkategorien und die sich überschneidende Kategorie der Lokalisierungsdienste sind in Abbildung 1 (Konzept für den 5G-Innovationswettbewerb im Rahmen der 5x5G-Strategie des BMVI, Landeshauptstadt Stuttgart) in der typischen Form des 5G-Dreiecks mit einer zusätzlichen Ebene für die Lokalisierungsoption dargestellt.

Die Einführung von 5G schreitet in der Stadt Stuttgart schrittweise und dynamisch voran. Enhanced Mobile Broadband (eMBB) ist bereits verfügbar, während URLLC und mMTC sich noch im Standardisierungsprozess befinden. Die neuesten Endgeräte werden voraussichtlich in den kommenden Quartalen auf den Markt kommen.

Abschließend lässt sich sagen, dass 5G eine transformative Ära für die Industrie und Smart Cities verspricht.

5G für Drohnenanwendungen

Darüber hinaus ermöglicht das Projekt die Überwachung von Grünflächen, Umwelt und Verschmutzung durch Drohnen mittels 5G. Dies unterstützt die effiziente Erfassung von Umweltdaten und ist ein Vorteil gegenüber stationären Messungen. Der Einsatz von Drohnen zur Erfassung von Luftschadstoffen ermöglicht standortunabhängige Messungen und bietet neue Möglichkeiten für den Umweltschutz.

Der Einsatz von unbemannten Luftfahrzeugen ist auch in verschiedenen Bereichen relevant, in denen Kameraüberwachungen zur Überwachung von Betriebs- oder Wartungsprozessen eingesetzt werden. Ein Beispiel ist die Inspektion von Bauwerken wie Brücken oder Wasserbauwerken.

Außerdem werden die teilweise autonomen Drohnen mit Kameras im sicherheitsrelevanten Umfeld des Stuttgarter Flughafens eingesetzt, wo besonders hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Technik gestellt werden. Diese Drohnen werden regelmäßig zur Inspektion der Start- und Landebahn, des Vorfelds, der Rollwege, der Flughafengebäude und der Zäune eingesetzt. Dies spart im Vergleich zu manuellen Inspektionen durch Bodenpersonal erheblich Zeit. Die hohe Datenübertragungsrate von 5G gewährleistet zudem die Navigation autonomer Fluggeräte in schwierigen Situationen wie starkem Wind oder bei technischen Problemen

Nicht zuletzt ist der Einsatz unbemannter Luftfahrzeuge in der Logistik und Warenlieferung sowie beim Transport kleiner Frachtgüter zwischen dem Fraunhofer-Campus und ARENA2036 zu nennen. Der Einsatz von Drohnen in der Logistik bietet eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten und hat verschiedene Nutzer, darunter geplante Rettungsdienstlieferungen sowie Paket- oder Lieferdienste.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das 5G-Synergy-Projekt in Stuttgart ein Leuchtturmprojekt für Innovation und Fortschritt ist, das die konkreten Auswirkungen von 5G bei der Bewältigung urbaner Herausforderungen verdeutlicht. Von der Verbesserung der Industrie 4.0 bis hin zu wegweisenden Smart-City-Anwendungen mit Drohnen unterstreicht das Projekt das vielseitige Potenzial von 5G. Mit der schrittweisen Einführung von 5G steht Stuttgart an der Schwelle zu einer transformativen Ära und erlebt die Vorteile des Enhanced Mobile Broadband mit weiteren Fortschritten in Aussicht. Über die reine Konnektivität hinaus spiegelt der Fokus des Projekts auf Grünflächen, Umweltüberwachung und vielfältige Drohnenanwendungen die Rolle von 5G als treibende Kraft für eine intelligentere, vernetztere und umweltbewusstere Zukunft wider.

¹ Unsere weiteren Projektpartner sind die Wirtschaftsförderung Region Stuttgart GmbH (WRS), die Wirtschaftsförderung der Landeshauptstadt Stuttgart sowie die Unternehmen Balluff, NAiSE, Pilz, Bosch, SPIE und Trumpf.