Was sind CBRS und privates LTE, und was sind die Anwendungsfälle?

Im Zuge der Weiterentwicklung der Netztechnologien hat sich CBRS - die Abkürzung steht für Bürger-Breitband-Funkdienst - hat sich zu einem Trendthema in der Telekommunikationsbranche entwickelt. Vereinfacht ausgedrückt ist CBRS ein Spektrum von Funkfrequenzen, die sich für die Bereitstellung von 4G-LTE- und 5G-Netze.

Daher sind Unternehmen, die auf drahtlose Hochgeschwindigkeitsverbindungen angewiesen sind, besonders daran interessiert, das bisher begrenzte CBRS-Frequenzband für den Aufbau privater LTE-Netze zu nutzen.

The industries and use cases that stand to benefit from the security and reliability of private networsk are broad, and include healthcare, manufacturing, Landwirtschaft, educational facilities, smart cities, retail, warehousing and supply chain, and industrial operations.

In diesem Beitrag erfahren Sie mehr darüber, wie CBRS heute die Entwicklung privater LTE-Netze ermöglicht. Wir werden auch erkunden:

• Warum Unternehmen in den Aufbau privater LTE-Netze investieren
• Worauf Sie bei der Auswahl von Anbietern privater LTE-Netze achten sollten
• In welchen Branchen werden bereits Anwendungsfälle für privates LTE umgesetzt?

Was ist CBRS?

CBRS, auch als 3,5-GHz-Band oder LTE-Band 48 bekannt, umfasst Funkfrequenzen von 3,5 GHz bis 3,7 GHz. In der Vergangenheit war CBRS nur für die US-Bundesregierung und feste Satellitendienste zugänglich, aber ab 2019 wird das "Innovationsband" wurde teilweise für die kommerzielle Nutzung verfügbar.



Um geschäftskritische Anwendungsfälle zu schützen, hat die FCC eine Shared-Spectrum-Modell für die CBRS-Nutzung. Der Zugang zum CBRS-Spektrum wird über drei Gruppen verwaltet:

• Stufe 1 - reserviert für etablierte Nutzer (hauptsächlich die US-Marine und Satellitenbodenstationen).
• Stufe 2 - verfügbar für Unternehmensnutzer mit vorrangigen Zugriffslizenzen (PALs).
• Stufe 3 - offen für allgemeine autorisierte Benutzer (GAA) ohne Kosten.

Branchenbeobachter haben gesagt, dass "CBRS den Unternehmen eine enorme drahtlose Netzwerkleistung in die Hand geben wird". Mit privaten LTE-Netzen können Unternehmen die öffentlichen 4G- und 5G-Netze, denen es an der erforderlichen Leistung und Zuverlässigkeit für die fortschrittlichsten drahtlosen Anwendungsfälle von heute mangelt, erweitern - und in einigen Fällen ersetzen.
 

Was ist privates LTE?

Wir haben die Auswirkungen der CBRS-Lizenzierung erörtert - aber was ist ein privates Mobilfunk Netzwerk und warum sollten sich Unternehmen dafür interessieren?

Ein privates LTE-Netz verwendet kleine Zellendie konzeptionell den Wi-Fi-Zugangspunkten ähneln, um ein dediziertes privates drahtloses Netzwerk einzurichten, das Zehntausende von Quadratmetern abdecken kann - eine kleinere Version eines öffentlichen Mobilfunk Netzwerks. Einrichtung eines unabhängigen LTE-Netz erfordert mehr Zeit und Ressourcen als der Rückgriff auf bestehende öffentliche Netze.


 

Privates LTE vs. öffentliches LTE

Sie fragen sich vielleicht, warum Sie überhaupt private Netze nutzen sollten? Schließlich sind öffentliche LTE- und Wi-Fi-Netze zu einer Notwendigkeit und sogar zu einer Selbstverständlichkeit im modernen Leben geworden. Warum investieren Unternehmen in den Aufbau eigener Netze, wenn sie die Vorteile der Netze nutzen können, die die Telekommunikationsriesen bereits aufgebaut haben?

Für viele Unternehmen ist die drahtlose Kommunikation zum "vierten Energieversorger" geworden - eine Ressource, die genauso wichtig ist wie Strom, Wasser und Internetverbindungen.

Wenn öffentliche LTE- und Wi-Fi-Netze aufgrund von Abdeckungsbeschränkungen nicht verfügbar sind oder aufgrund von Kapazitätsproblemen nicht gut funktionieren, kommen datengesteuerte Abläufe und wichtige Dienste zum Stillstand.
Um diese Herausforderung zu meistern, suchen Unternehmen in den USA zunehmend nach der Option von CBRS-basierten privaten Mobilfunk Netzwerken, um ihre geschäftlichen Konnektivitätsanforderungen zu erfüllen. Es gibt drei häufige Szenarien, in denen öffentliche LTE- und Wi-Fi-Netze nicht ideal sind - wenn Netzwerke:

• Der Geltungsbereich ist begrenzt und erstreckt sich nicht auf den betreffenden Standort.
• nicht gut funktionieren oder aufgrund des hohen Verkehrsaufkommens die Daten langsam übertragen.
• Sie erfüllen nicht die entsprechenden Sicherheitsanforderungen für die Anwendung, den Anwendungsfall oder die Branche.

Privates LTE vs. Wi-Fi

Die zugrunde liegenden Konzepte und die Architektur von LTE- und Wi-Fi-Netzen sind zwar ähnlich, aber die Erfahrungen bei der Nutzung dieser beiden Drahtlostechnologien sind recht unterschiedlich. Lassen Sie uns die wichtigsten Unterschiede in Bezug auf Leistung und Sicherheit erörtern.


LTE-Netze nutzen Funkwellenfrequenzen, die eine hervorragende Abdeckung über eine große Fläche bieten, wobei die Signale relativ dichte Materialien durchdringen können. Wi-Fi-Netze nutzen zwar auch Funkwellen, aber ihre Zugangspunkte sind für die Kurzstreckenabdeckung konzipiert, die üblicherweise in Wohnungen oder Büros anzutreffen ist.

Selbst wenn man Wi-Fi 6 mit privatem LTE vergleicht, schneidet letzteres in Bezug auf Leistung, Zuverlässigkeit und betriebliche Vorteile am besten ab. Privates LTE bietet eine schnellere Übertragung, eine höhere Bandbreite und eine bessere Abdeckung, was es zur besseren Wahl für Unternehmen macht, die dies benötigen:

• Zuverlässige Hochgeschwindigkeitsverbindungen für die Übertragung laufender Datenströme von IoT Geräten.
• Mehr Kontrolle über Roaming-Mobilgeräte, um ununterbrochene Übergaben zwischen Access Point-Funkgeräten zu ermöglichen.
• Sichere, skalierbare Netzwerke, die den Zugriff auf Geräte mit Whitelist beschränken, auch an Standorten, die weit von der zentralen IT-Abteilung entfernt sind.

Vorteile von Private LTE

In verschiedenen Branchen überlegen Unternehmen zunehmend, wie private Mobilfunknetze die Probleme lösen können, die durch unzuverlässige Konnektivität entstehen. Die Entwicklung eines privaten Netzes bietet ein exklusives LTE-Netz in einem nicht überfüllten Spektrum, und die dedizierte Ausrüstung erhöht die Geräte- und Datenkapazität.

Dieser Ansatz hat auch den Vorteil, dass in öffentlichen Netzen keine Kontrollen möglich sind. Im Vergleich zu öffentlichen LTE- oder Wi-Fi-Netzen bieten private LTE-Netze auch bessere Möglichkeiten:

• Datenschutz: In einem privaten LTE-Netz verlassen die Daten nie das Netz des Kunden. Dies ist besonders wichtig für streng regulierte Branchen wie das Gesundheitswesen oder das Finanzwesen.
• Sicherheit: Die SIM-Kartensicherheit stellt sicher, dass die Geräte im Netz eine eindeutige Kennung haben und ordnungsgemäß authentifiziert werden, so dass eine strenge Kontrolle über die im Netz zugelassenen Geräte gewährleistet ist.
• Flexibilität: Private LTE-Netzwerke können an die individuellen Anwendungsanforderungen eines Unternehmens angepasst werden.
• Kapazität: Private LTE-Netze nutzen entweder dedizierte oder gemeinsam genutzte Frequenzen, so dass Unternehmen ihre Infrastrukturdichte je nach Bedarf anpassen können.
• Quality of Service (QoS): Die Mobilfunk Technologie bietet eine verbesserte QoS und eine Priorisierung des Datenverkehrs gegenüber Wi-Fi, wodurch geschäfts- und unternehmenskritische Anwendungen auch dann funktionieren, wenn andere Netzwerke überlastet sind.
• Latenz: Private LTE unterstützt deterministische Latenzzeiten - die Möglichkeit, eine feste Zeitspanne für die Datenübertragung festzulegen, was für Anwendungsfälle, die eine enge Synchronisierung der Geräte erfordern, sehr wichtig sein kann.
• Ausfallsicherheit: Mit privatem LTE können Unternehmenskunden zusätzliche kleine Zellen einrichten, um die Ausfallsicherheit und Betriebszeit zu erhöhen. Falls gewünscht, können sie auch ein Fallback auf öffentliches LTE mit demselben Gerät Mobilfunk ermöglichen.
• Mobilität: Im Gegensatz zu Wi-Fi ist die private LTE-Mobilität, also die Übergabe zwischen privaten LTE-Kleinzellen, nahtlos und vergleichbar mit der des öffentlichen LTE.
• Kosten: Zwar sind die Kosten für eine einzelne Small Cell höher als für einen Access Point der Enterprise-Klasse, doch werden weniger Small Cells benötigt, um die gleiche Abdeckung wie viele Wi-Fi-Zugangspunkte zu erreichen. Bei einer privaten LTE-Infrastruktur sind die Kosten für die Verlegung von Kabeln, die Stromversorgung und die Wartung einer größeren Anzahl von Knotenpunkten deutlich geringer. Aus diesem Grund sehen die meisten Menschen in privaten Mobilfunk Netzwerken Kosteneinsparungen gegenüber öffentlichen Netzwerken.

Aufbau eines privaten LTE-Netzes

Bei der Planung von Aufbau und Einsatz einer privates NetzwerkWenn es darum geht, einen neuen Weg einzuschlagen, müssen Unternehmen eine Reihe von Optionen in Betracht ziehen, bevor sie sich für einen Weg entscheiden. Jede Organisation muss die damit verbundenen Kosten gegen ihre spezifischen Geschäftsanforderungen abwägen.


 

Die Kosten für den Aufbau privater LTE-Netze

Ohne ein klares Verständnis der geplanten Anwendungsfälle und Netzanforderungen Ihres Unternehmens können sich die Kosten für ein privates LTE-Netz schnell summieren. Je nach Ihrem Ansatz können die Kosten für das LTE-Netz Folgendes umfassen:

• Baumaterialien und Arbeitskräfte für die zugrunde liegende Infrastruktur (einschließlich privater LTE-Basisstationen)
• Kauf und Installation von Kleinzellen-Funkgeräten
• Monatliche Gebühren für LTE-Dienste, die vom genutzten Spektrum abhängen

Die Gesamtkosten für die Bereitstellung eines mobilen privaten Netzwerks hängen von einer Vielzahl von Faktoren ab, aber der größte Unterschied ergibt sich aus dem Spektrum, das Ihr Unternehmen wählt.

Private LTE-Netzwerk-Anbieter

Unternehmen können dedizierte Frequenzen mieten - die bei weitem teuerste Option. Sie haben auch die Möglichkeit, Tier-2-CBRS-Verbindungen von Unternehmen zu mieten, die eine PAL besitzen. Die Liste der privaten LTE-Anbieter, die eine dieser Optionen anbieten, umfasst:

• AT&T
• Verizon
• Samsung
• Nokia
• Motorola-Lösungen
• Google Wolke
• Amazon Web Services (AWS)

Obwohl es durchaus Vorteile hat, für dedizierte oder Tier-2-CBRS-Netzdienste zu bezahlen, haben Unternehmen auch die Möglichkeit, den kostenlosen Tier-3-Zugang zu CBRS-Frequenzen zu nutzen.
 

Wie man ein privates Netzwerk aufbaut

Die Implementierung einer privaten LTE-Einrichtung erfordert drei wichtige Schritte.
 

Bestimmen Sie zunächst Ihren Bedarf an Konnektivität

Der gesamte Prozess beginnt mit der Auswahl des Spektrums, das Ihr Netz nutzen soll.

• Lizensiertes Spektrum. Um ein äußerst zuverlässiges privates LTE-Netz einzurichten, können Unternehmen einen bestimmten Teil des Spektrums mieten, der einem Mobilfunknetzbetreiber wie AT&T oder Verizon gehört. Jedes Land hat eigene Gesetze, die vorschreiben, wie die Bänder innerhalb des lizenzierten Spektrums genutzt werden dürfen.
• Gemeinsam genutzte Frequenzen. Eine weitere Möglichkeit, ein privates LTE-Netz aufzubauen, ist die gemeinsame Nutzung des CBRS-Spektrums - genauer gesagt die Nutzung der Tiers 2 und 3. Während ein dediziertes Band eine bessere Leistung liefern kann, bietet ein gemeinsam genutztes Spektrum eine kostengünstigere Möglichkeit, die Vorteile von privatem LTE zu nutzen.
• Nicht lizenzierte Frequenzen. Ein privates LTE-Netz kann in einem nicht lizenzierten Frequenzband wie UNII-3 eingerichtet werden, das auch für Wi-Fi-Netze verwendet wird. Dies kann zwar weniger kosten als andere Optionen, doch sind unlizenzierte Frequenzen aufgrund des höheren Verkehrsaufkommens nicht ideal, was die Leistung angeht.

Einrichten des Kernnetzes

Next, you’ll need to design and set up the core network architecture, which includes the LTE Evolved Packet Core (LTE EPC). The core network is made up of multiple nodes and designed with your organization’s mobility, security, authentication and traffic management needs in mind.

Der EPC ist sowohl mit externen Netzen als auch mit Basisstationen vor Ort (so genannten evolved NodeBs oder eNBs) verbunden, die als zentrale Quelle für das private LTE-Signal dienen.

Zugangspunkte installieren

Schließlich müssen Sie LTE-Zugangspunkte installieren und anschließen, die eine ausreichende Abdeckung für Ihren Standort und Anwendungsfall bieten. LTE- und 5G-Router bieten im Vergleich zu WiFI-Zugangspunkten deutlich größere Abdeckungsbereiche, was sie für viele industrielle und kommerzielle Anwendungsfälle ideal macht. Achten Sie bei der Auswahl und Installation von Routern auf Optionen mit:

• Funktionen, die die Bereitstellung und Verwaltung im großen Maßstab vereinfachen.
• Vollständig integrierte Lösungen Mobilfunk mit intelligenter Backup-Konnektivität.
• Robuste Gerätesicherheit und sichere Edge-Computing-Funktionen.

Unternehmen, die das CBRS-Spektrum nutzen, müssen außerdem ein Spektrum-Zugangssystem (SAS) einrichten, um den CBRS-Zugangspunkten Frequenzkanäle zuzuweisen.
 

Branchen, die privates LTE einsetzen

Es findet eine IoT Revolution in allen Branchen statt, da immer mehr vernetzte Geräte bei Kundenkontakten und industriellen Abläufen eingesetzt werden. Private Netze sind für eine Reihe von Anwendungsfällen gut geeignet:

• Krankenhäuser
• Bürogebäude
• Einzelhandelsgeschäfte
• Einkaufszentren
• Baustellen
• Lagerhäuser
• Industrielle Standorte
• Landwirtschaftliche Tätigkeiten

Ein privates LTE-Netz kann alle Daten verarbeiten, die die Geräte in diesen Netzwerken erzeugen. In Zukunft, wenn maschinelles Lernen und KI noch weiter verbreitet sind, wird ein privates LTE-Netz die Bandbreite bereitstellen, die diese datenintensiven Programme benötigen.

Ein privates LTE-Setup kann IoT Sensoren, Kameras, autonome Geräte und Drohnen über ein einziges Netzwerk verbinden, ohne durch die Beschränkungen eines öffentlichen Netzwerks behindert zu werden, was es zu einer beliebten Option in den Bereichen Fertigung, Energie und Transport macht.

Privates LTE wird auch in der Bergbauindustrie immer beliebter. Ein LTE-Netz kann ein weites Gebiet abdecken und eignet sich daher für einen Bergbaubetrieb, der sich über viele Quadratkilometer erstreckt. Entscheidend ist, dass ein privates Netz zukunftssicher ist, da es für die hohen Datenanforderungen einer großen Bergbauflotte ausgelegt ist.

Die gleichen Vorteile sind auch für globale Häfen hilfreich. Ein Hafen mit einem privaten LTE-Netzwerk kann eine nahezu perfekte Betriebszeit sowie konsistente Datenübertragungsgeschwindigkeiten gewährleisten. Von angedockten Schiffen bis hin zu den Kränen, die sie entladen, kann ein privates Netzwerk einen Bereich abdecken, den Wi-Fi nicht abdecken kann, und sicherstellen, dass alle Beteiligten in Verbindung bleiben. Bei der Implementierung im Rotterdamer Hafen konnte ein privates LTE-Netz beispielsweise eine Betriebszeit von 99,99 % gewährleisten.
 

Private LTE-Implementierungen und Anwendungsfälle

Wenn ein Unternehmen oder eine Organisation ein lokales Netzwerk einrichten muss und Wi-Fi keine Option ist, kann eine private LTE-Einrichtung die perfekte Lösung sein. Da IoT seinen Aufwärtstrend fortsetzt, kann LTE den unvermeidlich hohen Datenverkehr unterstützen und eingehende Daten von Zehntausenden von IoT Geräten verarbeiten.

LTE-Netze haben auch eine hervorragende Reichweite, die durch Gebäude und andere Hindernisse hindurchreicht, die ein Wi-Fi-Signal blockieren könnten. Diese Fähigkeiten sind unglaublich wichtig für viele der datenintensiven Anwendungsfälle, die Unternehmen mit privatem LTE realisieren wollen.




Unabhängig davon, ob sich ein Unternehmen für die Nutzung eines lizenzierten LTE-Netzes oder den Aufbau eines eigenen Netzes auf einem gemeinsam genutzten Frequenzband - z. B. dem Citizens Broadband Radio Service (CBRS) - entscheidet, kann es damit rechnen, Geld zu sparen und eine höhere Zuverlässigkeit als im öffentlichen Netz zu genießen. Private LTE-Netze werden zunehmend für eine Vielzahl von Konnektivitätsanforderungen sowohl im kommerziellen als auch im privaten Bereich eingesetzt werden.

Umweltüberwachung

Environmental monitoring is an incredibly valuable use case for industrial organizations, which often have mission-critical equipment deployed in remote locations with variable conditions. With remote management via a private LTE network, IoT devices can transmit millions of data points, that can then be analyzed and used to protect on-site staff, prevent unsafe conditions and sustain operations.

Überwachung von Sicherheit und Compliance in Echtzeit

In addition to environmental monitoring, organizations that operate remote sites can also benefit from IoT-enabled security and compliance monitoring. Real-time applications can leverage artificial intelligence and machine learning (AI/ML) analytics to intelligently assess risks and react to minimize vulnerabilities, making private LTE especially valuable in industries with strict data security requirements.

Intelligente Automatisierung und vorausschauende Wartung

Die Nutzung von privatem LTE kann es Unternehmen ermöglichen, vorausschauende Wartung einfacher zu implementieren, insbesondere an abgelegenen Industriestandorten, wo öffentliche Netze wahrscheinlich nicht die erforderliche Abdeckung und Bandbreite bieten. Mit privatem LTE können IoT Geräte, die in Produktionsstätten, landwirtschaftlichen Betrieben und Energieanlagen eingesetzt werden, KI/ML-Anwendungen nutzen, um die Nutzung, Verteilung und Logistik von Geräten intelligent zu automatisieren und Sicherheits- oder Leistungsprobleme zu erkennen, bevor ein Problem auftritt.

Andere Anwendungsfälle

Datenintensive Anwendungsfälle werden im Einzelhandel, im Gesundheitswesen, in der Fertigung und sogar in der Stadtplanung immer wichtiger. Durch bessere Leistung, Zuverlässigkeit und Sicherheit ermöglichen private LTE-Netze fortschrittliche Anwendungsfälle, die die Welt um uns herum verändern:

• Erweiterte und virtuelle Realität
• Intelligente visuelle Inspektionen
• Diebstahlprävention
• Patientenüberwachung in Echtzeit
• Personalisierte Einkaufserlebnisse

Bereitstellung von privatem LTE auf der Basis von CBRS mit Digi

Unabhängig davon, ob sich ein Unternehmen für die Nutzung eines lizenzierten LTE-Netzes oder für den Aufbau eines eigenen Netzes auf einem gemeinsam genutzten Band entscheidet, kann es damit rechnen, Geld zu sparen und eine höhere Zuverlässigkeit als im öffentlichen Netz zu genießen. Private LTE-Netze werden für eine breite Palette von Konnektivitätsanforderungen sowohl im kommerziellen als auch im privaten Bereich immer häufiger genutzt werden.

Digi International hat die Lösungen und das Know-how, um Ihnen den Aufbau Ihres eigenen privaten LTE-Netzwerks zu erleichtern. Ob Sie nun hochsichere, zuverlässige 4G und 5G Mobilfunk Router oder einen Migrationspfad zu 5G, unsere Teams können Ihnen helfen, alle Optionen auf der Grundlage Ihrer Geschäftsanforderungen zu navigieren und die beste Lösung zu finden.

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