5G RedCap -teknologia on suunniteltu kuromaan umpeen kuilua energiatehokkaiden ja erittäin nopeiden verkkojen välillä, avaten tien uuden sukupolven IoT-laitteille. Tutustu, miten tämä teknologia mullistaa 5G-ekosysteemin ja vie IoT-sovellukset täysin uudelle tasolle.
| Artikkelin on kirjoittanut Luisa Letzgus, joka toimii Rutronikilla langattomien tuotteiden tuotepäällikkönä. |
LTE (Long Term Evolution) on vakiintunut langattoman viestinnän standardi, joka tukee luotettavasti monenlaisia arkipäivän sovelluksia, jotka vaativat keskitasoisia datanopeuksia. Kuitenkin sovelluksissa, joissa tarvitaan suuria nopeuksia tai asetetaan erityisiä vaatimuksia, 5G voi olla sopivampi vaihtoehto. Esimerkiksi 5G tarjoaa huomattavasti suuremman kaistanleveyden ja pienemmän viiveen, mahdollistaen nopeamman tiedonsiirron ja lähes reaaliaikaisen kommunikaation. Tämä on olennaista monissa sovelluksissa, kuten lisätty todellisuus (AR), virtuaalitodellisuus (VR), autonominen ajaminen ja esineiden internet (IoT). 5G tuo mukanaan lukuisia etuja nopeuden, kapasiteetin ja viiveen suhteen, mutta se tuo myös mukanaan huomattavaa monimutkaisuutta.
5G RedCap, jota kutsutaan myös nimellä 5G NR-Light, on suunniteltu erityisesti IoT-laajakaistalaitteille, kuten puettaville älylaitteille, videovalvontajärjestelmille ja teollisuussensoreille, jotka tarvitsevat suurempaa tiedonsiirtonopeutta ja pienempää viivettä. Suorituskykynsä puolesta 5G RedCap sijoittuu kehittyneiden 5G-sovellusprofiilien (kuten eMBB ja uRLLC) sekä energiaa säästävien IoT-teknologioiden (LTE-M ja NB-IoT) väliin. 5G RedCap on ihanteellinen sovelluksiin, jotka tällä hetkellä perustuvat LTE Cat 1:een tai Cat 4:ään.
Omdian mukaan 5G RedCap -moduulien osuus matkapuhelinverkkoihin liitettävistä moduuleista tulee olemaan 18 prosenttia vuoteen 2030 mennessä. Tämä tekee siitä täydellisen ratkaisun IoT-sovelluksiin, joissa ei tarvita äärimmäisen pientä viivettä, mutta jotka silti vaativat riittävää tiedonsiirtonopeutta. Teknologia tarjoaa ihanteellisen yhdistelmän kustannustehokkuutta, suorituskykyä ja energiatehokkuutta. Lisäksi 5G RedCap on ensimmäinen 5G-teknologia, joka tarjoaa virransäästöominaisuuksia, kuten RRM-relaxation ja DRX. Taulukko 1 esittää LTE:n, 5G:n ja 5G RedCapin tekniset ominaisuudet ja erot.
| Ominaisuudet | LTE Cat 1 | LTE Cat 4 | 5G | 5G RedCap Rel 17 |
|---|---|---|---|---|
| Taajuus | B1, B3, B7, B8, B20, B28A | Sama kuin Cat 1 | 5G FR1 ja FR2 | 5G FR1 (20 MHz kaikilla kanavilla) |
| Datanopeus | 10/5 Mbps | 150/50 Mbps | Gbps-luokkaa (mmWave vielä enemmän) | ~150/50 Mbps, jopa 220/100 Mbps |
| Kaistanleveys | Jopa 20 MHz | Jopa 20 MHz | 20–200 MHz | FR1 – 20 MHz |
| Datanopeus | 10 Mbps DL 5 Mbps UL |
150 Mbps DL 50 Mbps UL |
NSA: 4.9/0.55 Gbps SA: 4.1/0.9 Gbps |
150/50 Mbps jopa 220/100 Mbps |
| Viive | 50–100 ms | 50–100 ms | URLLC 1 ms | Sovelluskohtainen |
| Virrankulutus | Alhainen (PSM, eDRX) | Korkeampi | Korkea | Tehosäästö: PSM, eDRX, RRM |
| Verkkoinfra | Kaikki LTE-verkot | Kaikki LTE-verkot | 5G SA ja NSA | Vain 5G SA (1. gen tukee myös LTE fallback) |
| Käyttökohteet | Ääni, mobiili, turvavalvonta, telematiikka, seuranta, älykaupungit, mittarit | Keskitasoiset reitittimet, kamerat | Teollisuusreitittimet, FWA, 4K/8K video, automaatio, pilvipelaaminen | Keskitasoiset reitittimet, kamerat, puettavat laitteet |
5G-pohjaisten teknologioiden edut
Verkkoon liitettyjen laitteiden määrä ja digitaalisen maailman datamäärä kasvavat jatkuvasti. Verkon kapasiteetin merkitys kasvaa näin ollen yhä enemmän. 5G:n ja 5G RedCapin lisääntyneen verkkokapasiteetin ansiosta useammat laitteet voidaan liittää verkkoon samanaikaisesti ilman suorituskyvyn heikkenemistä. Tämä mahdollistaa saumattoman yhteyden ympäristöissä, joissa on suuri määrä verkottuneita laitteita — esimerkiksi älykaupungeissa, Industry 4.0 -sovelluksissa tai suurissa tapahtumissa.
5G:n ja 5G RedCapin nopeammat datanopeudet ja merkittävästi suurempi kaistanleveys tuovat lukuisia lisäetuja sekä yrityksille että loppukäyttäjille. Esimerkiksi suuria tiedostoja voidaan ladata sekunneissa tai korkearesoluutioisia videoita striimata viiveettä. Tämä mahdollistaa sulavan suorituskyvyn sovelluksille kuten lisätty todellisuus (AR), virtuaalitodellisuus (VR) ja pilvipelaaminen.
Kuva 1: Ensimmäisen sukupolven 5G IoT -palvelut ovat jättäneet keskinopeuksien alueelle aukon. NR RedCap täyttää tämän aukon, palvellen monenlaisia IoT-käyttötapauksia, joita nykyisin hoidetaan LTE Cat 1:n ja Cat 4:n avulla. (Lähde: Telit Cinterion).
Pienempi viive mahdollistaa tehokkaamman kaistanleveyden käytön ja vähentää verkkoruuhkaa. Tämä johtaa vakaampaan ja luotettavampaan tiedonsiirtoon kokonaisuudessaan. Reaaliaikainen tiedonsiirto tulee myös mahdolliseksi, mikä on ratkaisevan tärkeää sovelluksissa kuten autonominen ajaminen, etälääketiede ja teollinen automaatio.
5G RedCap tarjoaa lisätoimintoja, jotka on kehitetty erityisesti teollisia sovelluksia varten. Näihin kuuluu esimerkiksi network slicing -toiminto, jonka avulla yksi fyysinen verkko voidaan jakaa useisiin virtuaalisiin verkkoihin erilaisten ja vaativien sovellusten tukemiseksi. Lisäksi 5G RedCap tarjoaa parannettuja tietoturvaominaisuuksia sekä paremman IoT-laitteiden integroinnin verkkoon.
Verrattuna nykyisiin LTE-standardeihin RedCap parantaa suorituskykyä erityisesti uplinkissä, mikä on tärkeää reititin-yhdyskäytävä -sovelluksissa. Samalla se tehostaa virrankulutusta, mikä on olennaista akkuvirralla toimiville laitteille, kuten kameroille ja telematiikkalaitteille.
RedCap-laitteet hyödyntävät 5G:n ominaisuuksia, mutta käyttävät vain osaa sen toiminnoista. Näin saavutetaan ihanteellinen tasapaino toiminnallisuuden, kustannusten ja virrankulutuksen välillä. Tyypillisiä RedCap-laitteita ovat puettavat laitteet, sensorit, valvontajärjestelmät ja muut IoT-laitteet.
Monipuolisia sovelluksia puettavista laitteista tekoälyyn
IoT (esineiden internet) tarkoittaa fyysisten laitteiden ja esineiden verkottamista siten, että ne voivat viestiä keskenään internetin kautta. 5G mahdollistaa suuren määrän IoT-laitteiden reaaliaikaisen liittämisen ja hallinnan. Tämä mahdollistaa älylaitteiden – kuten puettavien laitteiden ja yhdistettyjen ajoneuvojen – vaivattoman integroimisen osaksi arkea. 5G RedCap -järjestelmä on keskeinen moduuli tässä kehityksessä. Se tarjoaa alustan resurssi- ja energiatehokkuuden hallintaan IoT-verkoissa. IoT-laitteita voidaan hallita entistä älykkäämmin, mikä parantaa energiatehokkuutta ja pidentää akun kestoa.
5G-verkkojen käyttöönotto parantaa tehokkuutta ja kestävyyttä – ei pelkästään älykodeissa, vaan koko kaupungeissa. Sensorit ja IoT-laitteet seuraavat ja optimoivat kaupunkielämän eri osa-alueita, kuten liikennettä, energiankulutusta, jätehuoltoa ja julkista turvallisuutta. 5G RedCap mahdollistaa monien palvelujen ja sovellusten integroinnin ja hallinnan yhdellä yhteisellä alustalla. Tämä auttaa kaupunkeja käyttämään resurssejaan tehokkaammin ja parantamaan asukkaidensa elämänlaatua tietoon perustuvan päätöksenteon avulla.
Kuva 2: FE910C04 (vasemmalla) ja FN920C04 (oikealla) mahdollistavat 5G-yhteyden keskinopeusalueella käyttäen uusinta 3GPP Release 17 RedCap -teknologiaa. Ne ovat teollisuusluokan, kestäviä, maailmanlaajuisesti käytettäviä moduuleja, jotka tarjoavat parannetun uplink-suorituskyvyn, virransäästöominaisuudet ja LTE Cat 4 -varayhteyden parhaan peiton takaamiseksi. (Lähde: Telit Cinterion).
Teollinen automaatio hyödyntää teknologioita, kuten sensoreita, toimilaitteita ja ohjausjärjestelmiä, teollisten prosessien ja järjestelmien automatisointiin. 5G:n ansiosta nämä prosessit voivat muuttua entistä tehokkaammiksi ja joustavammiksi. Nopea ja luotettava tiedonsiirto mahdollistaa suurten datamäärien reaaliaikaisen välittämisen, mikä puolestaan mahdollistaa koneiden ja järjestelmien tarkemman ohjauksen ja valvonnan.
RedCapin avulla yritykset voivat optimoida tuotantoprosessejaan, vähentää energiankulutusta ja pienentää käyttökustannuksia.
RedCap-järjestelmä on myös keskeinen osa 5G-infrastruktuuria tekoälyn (AI) ja robotiikan yhä tärkeämmillä osa-alueilla. Juuri näissä sovelluksissa RedCap tarjoaa alustan tehokkaalle resurssi- ja energiahallinnalle. Luotettava suurten datamäärien reaaliaikainen siirto parantaa tekoälyjärjestelmien vasteaikoja, tehden vuorovaikutuksesta robottien kanssa entistä tehokkaampaa.
Yhteenveto
Yhdistämällä 5G:n ja 5G RedCapin yritykset voivat luoda innovatiivisia ratkaisuja Industry 4.0 -sovelluksiin, jotka edellyttävät luotettavaa ja kestävää langatonta yhteyttä. Näiden teknologioiden avulla voidaan tehostaa tuotantoprosesseja, parantaa tehokkuutta ja avata uusia liiketoimintamahdollisuuksia.
Eikä siinä vielä kaikki: kehitteillä on myös uusi versio nimeltä eRedCap (enhanced RedCap), joka julkaistaan osana 3GPP Release 18 -standardia. Se tarjoaa 10 Mbps / 5 Mbps (DL/UL) datanopeuden ja lisää mahdollisuuksia energiansäästöön. Radiotaajuuskaista (HF-kaista) pysyy 20 MHz:ssä. Kaupallinen saatavuus on odotettavissa vuonna 2026.
IoT-segmentin innovaatioiden ansiosta 5G eRedCap -moduulien odotetaan muodostavan 18 % kaikista matkapuhelinverkkoon liitetyistä moduuleista vuoteen 2030 mennessä.
Virtaamamittaus on monissa laitteissa kriittinen mutta usein ongelmallinen toiminto. Perinteiset mekaaniset anturit kuluvat ja jäävät sokeiksi pienille virtausnopeuksille. Ultraäänitekniikkaan perustuvat valmiit moduulit tarjoavat nyt tarkan, huoltovapaan ja helposti integroitavan vaihtoehdon niin kuluttaja- kuin teollisuussovelluksiin.