5G Campusnetze

Alles zu den lokalen (privaten) 5G-Netzen

Wenn es um die 5. Mobilfunkgeneration geht, hört man immer häufiger von sogenannten „Campusnetzen“. Unser großer Ratgeber gibt einen umfassenden Einblick zum Thema. Wir zeigen, was man darunter versteht, wo die Vorteile liegen, wer profitiert und welche Arten es gibt. Auch beteiligte Unternehmen, Forschung und Anwendungen stehen im Fokus.

1. Was versteht man unter einem Campusnetz?

Tatsächlich haben diese in der Praxis wenig mit Universitätsnetzen gemein, wie man zunächst vom Namen her denken könnte. Allerdings stellt der Uni-Campus sozusagen die Keimzelle der Entwicklung dar. Denn in Universitäten werden neue Technologien und Ansätze für kommende Mobilfunkgenerationen erprobt und erforscht, wie z.B. aktuell mit dem 6G-Campus an der Uni Wuppertal für den ca. 2030 geplanten 5G-Nachfolger oder die TU München. Viele betreiben zudem eigene zu Forschungszwecken. Mit reinen "Uni-Netzen" hat das Thema aber nichts zu tun.

Anstatt des öffentlichen Funknetzes, kommt ein nicht für jedermann frei zugängliches Netz zum Einsatz. Meist zum Zweck der unternehmens-internen Kommunikation vor Ort. Solche Campusnetze bilden mittlerweile das Herzstück für die Logistik sowie „Industrie 4.0“ und die Bedeutung wächst jährlich weiter! Aber auch Flughäfen setzen schon auf die Möglichkeiten.

2. Wer profitiert von Campusnetzen?

Der Einsatz erfolgt vor allem von Unternehmen (z.B. BMW oder Bosch), um an spezifischen Industrie- bzw. Produktionsstandorten effektive, schnelle und sichere Vernetzung gewährleisten zu können. Sie werden vom „Hersteller“ dieser Netzlösungen individuell auf die kundenspezifischen Bedürfnisse zugeschnitten. Etwa, wenn besonders niedrige Latenzen (uRLLC) gefordert sind. Sicher und effektiv, egal für welches Anwendungsfeld. "In Campus-Netzen als lokal begrenztes Funknetz eines Unternehmens lassen sich sensible Daten besonders schnell und sicher transportieren, da diese das Werksgelände nicht verlassen müssen.", so Nick Kriegeskotte, Leiter Infrastruktur und Regulierung beim Bitkom.^[1]

In der Praxis steht vor allem dynamische, ausfallsichere Vernetzung von Maschinen und Anlagen im Fokus. Die Nutzung des regulären Privatkunden-Mobilfunknetzes (z.B. von der Deutschen Telekom) wäre nicht nur aus sicherheitstechnischer Sicht problematisch, sondern auch nicht so skalierungsfähig, leistungsstark oder anpassbar. Vor allem für Anwendung in Bezug auf das Stichwort „Industrie 4.0“ spielen Campusnetze ihre volle Stärke aus. Also dann, wenn sehr viele Maschinen, Sensoren (IoT) und Anwendungen vernetzt werden müssen (MTC, Massive Machine Type Communication).

3. Vorteile von 5G-Campusnetzen (private)

Mit dem bisher gesagten, können wir auch die wichtigsten Vorteile zusammenfassen und ergänzen:

4. Aufbau: Wie funktionieren die lokalen Campusnetze im Gegensatz zu öffentlichen?

Vom Grundprinzip her unterscheiden sie sich erstmal nicht von herkömmlichen 5G-Funknetzen für Privatkunden. Grundlage bilden ebenfalls ein Kernnetz (Core Network) und Radio Access Network (RAN), also dem Funk-Accessnetz. Letzteres steuert und verifiziert den Zugang von jedem Endgerät (UE). Zudem eine virtualisierte Cloud-Computing-Infrastruktur sowie Management und Betrieb (MANO).

Im industriellen Umfeld sind das beispielsweise Automated Guided Vehicles, also automatisch gesteuerte Roboterfahrzeuge - kurz AVGs. Wie dieser automatische Gabelstapler zum Transport von Waren oder die Lagerhaltung:



Campusnetze sind zudem Open Radio Access Network (OpenRAN) basiert, optimiert mit Radio Intelligent Controller (RICs). Wie in „normalen“ Netzen auch, kommen zu Legitimierung von Endgeräten SIM-Karten bzw. eSIMs zum Einsatz.

Der Hauptunterschied liegt also vor allem darin, dass das Kernnetz selbst kontrolliert wird und es (ungewollt) keine Verbindung zum öffentlichen Internet gibt. Zudem lassen sich Hardware und Infrastruktur des Netzes optimal an die jeweiligen Bedürfnisse anpassen. Im Gegensatz zum öffentlichen 5G-Netz, setzt man aber vor allem auf „echtes 5G“, also 5G Standalone. Leider kommt regulär oft noch 5G NSA zum Einsatz, wo das alte 4G-Kernnetz verwendet wird. Zudem können Campuslösungen eigene, vom Privatnetz entkoppelte Frequenzbereiche nutzen …

5. Welche 5G Frequenzen werden verwendet?

Bei kommerziellen 5G-Infrastrukturen kommen eine ganz Reihe von Frequenzspektren zum Einsatz. Zum Beispiel bei 700 MHz (n20), 2,1 GHz (n28) oder 3,6 GHz (n78). Für lokal beschränkte 5G-Campusnetze wurden früh schon spezielle Bänder bei 3,7 bis 3,8 GHz reserviert, welche nur diesem Zweck dienen. Zudem lassen sich sogar schon Bänder im mmWave Bereich lokal betreiben. Für reguläre 5G-Tarife sind diese noch nicht freigegeben.

Prinzipiell kann übrigens jedes Unternehmen die Lizenz zum Betrieb beantragen. Die Kosten dafür sind gar nicht so hoch. Mehr dazu unter Punkt 7.

6. Drei verschiedene Arten sind möglich

Insgesamt lassen sich drei unterschiedliche Konzepte ausmachen. Hauptkriterium ist dabei die Vernetzung nach außen.

Das isolierte 5G-Campusnetz wird vom herkömmlichen Mobilfunk komplett getrennt. Es gibt also keine Verbindung nach außen. Hierbei handelt es sich um die Lösung, welche datentechnisch am sichersten ist.

Hybrider Ansatz: Hier gibt es sowohl privatenals auch öffentliche Teile zum regulären 5G-Netz, inklusive Schnittstellen. Man hat also Zugang zu den Vorteilen aber auch Nachteilen beider Welten.

Dann gibt es noch Lösungen welche ausschließlich auf das öffentliche 5G-Netz setzen. Sie sind aber eher für unproblematische, einfache Aufgaben gedacht. Wie beispielsweise die Vernetzung der Mitarbeiter mit stabilem Internet- und Telefoniezugang und ggf. einigen Überwachungssensoren. Vodafone bietet beispielsweise sowas mit seinem „Campus Flex“ Paket. Siehe Punkt 11.

7. Wieviel kostet so etwas?

Das lässt sich natürlich nicht auf eine Zahl fixieren. Man kann aber zunächst zwei Kernkostenfaktoren benennen. Zum einen natürlich die benötigten Funklizenzen und zweitens die Implementierung des Campusnetzes samt Konzeption und Wartung.

Lizenzen: Diese sind sogar relativ günstig und werden auf Antrag von der Bundesnetzagentur für den Bereich 3.7-3.8 GHz vergeben. Jeder kann mit einer einfachen Formel die ungefähren, einmaligen Kosten im Vorfeld approximieren[2].

Beispiel: Eine Firma benötigt 60 MHz (für Gigabitspeed) für 10 Jahre und 20.000 m^2 Firmenfläche -> Kosten = 1000 + 60 x 10 x 5 (6 x 0.2 + 0) = 4600 €


Hinzu kommen noch laufende Kosten, in Form von Frequenznutzungsgebühren, siehe §143 Abs. 1 Telekommunikationsgesetz. Zudem Beiträge nach §35 FUAG und §31 EMVG.

7.1 Aufbau und Implementierung

Diese Kosten sind natürlich ganz abhängig vom Bedarf, Zweck, Umfang, Technik, vorhandener IT und vielem mehr. Es gibt Firmen, die sich auf die Installation von Firmen 5G-Campuslösungen spezialisiert haben. In jedem Fall dürften für aufwändige Lösungen aber mindestens sechs- bis siebenstellige Beträge zu erwarten sein. Einfache „Starterkits“ gibt’s aber schon ab ca. 75.000 €. Dazu unter Punkt 11 mehr.

8. Beantragung: Wie funktioniert das?

In der Regel übernimmt das die mit dem Bau des 5G-Campusnetzes beauftragte Firma. Kleine und mittelständische Unternehmen können das aber auch in Eigenregie erledigen. Dabei hilft dieser Leitfaden als PDF vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. Antragsformulare für die Frequenzlizensierung finden Sie zudem hier.

9. Anwendungen lokaler, privater Funknetze

Einige Applikationen hatten wir bereits erwähnt. Es gibt jedoch nahezu unendlich viele Möglichkeiten. Der Fokus liegt aber einer Umfrage der Bitkom^[1] zufolge auf folgenden sechs Schlüsselbereichen:

Demnach planten Ende 2022 ca. 85 Prozent der Unternehmen, welche 5G-Campusnetze nutzen, diese für die Vernetzung von Produktionsanlagen einzusetzen oder praktizieren es bereits. Noch 79 Prozent steuern darüber Maschinen in Realtime. Des Weiteren stehen im Fokus Fernwartung (74 %), Assistenzsysteme per AR oder VR (71 %), autonome Fahrzeuge sowie Transportsysteme (65 %). Mobile Roboter kommen für immerhin 40 % in Frage. Alles in allem also vor allem für die Optimierung von Abläufen und Produktivität – Stichwort „Smart Industry“ bzw. "Industrie 4.0".

Wir haben zudem einige Beispiele recherchiert, wo 5G CN-Anwendungen aktuell bzw. in naher Zukunft Anwendung finden können.

Industrie 4.0: Wie in der Studie im vorherigen Abschnitt schon erwähnt, sind hier vor allem die Stichworte autonome Fahrt sowie logistische Lager- und Transportsysteme zu nennen. Ebenso die Steuerung von Industrie- und Fertigungsrobotern samt Gebäudesteuerung. Vorausschauende Wartung (predictive analysis), alternative Positionsbestimmung, Smartmeter & Sensoren (Internet of Things) sind ebenfalls wichtige Spezialgebiete. Dank Virtual- oder Augmented Reality, lassen sich zudem Mitarbeiter besser schulen oder bei schwierigen Arbeitsabläufen (Maschinenwartung) unterstützen.

Baubranche: Es gibt wahrscheinlich kaum ein Bereich in der Wirtschaft, der nicht von 5G-Campusnetzen profitieren kann. Zugegeben: An Baustellen haben wir auch nicht gleich gedacht. Doch weit gefehlt! Selbst hier wird schon von „Baustelle 4.0“ geredet. In dem Zusammenhang haben wir die Firma Topcon gefunden, welche schon länger als Forschungsprojektpartner mitwirkt. KI und 5G hält demnach auch langsam beim Bau Einzug, etwa in Form von Echtzeit-Baustellenüberwachung sowie Vernetzung von lokalen Sensoren und Baumaschinen.

Medizin: Eines der Highlights moderner 5G-Netz ist zweifelsfrei eHealth. Dank 5G, können z.B. große Datenmengen von CT-Scans in Realtime an AR-Brillen für eine noch bessere Erkennungsmöglichkeit des Arztes übermittelt werden. Oder gar virtuelle OP-Räume und 3D-Hologramme. Dazu gibt es hier ein schönes ePaper vom Fraunhofer Institut. Seit 2022 nutzen die Leipziger Helios Klinken auch ein privates 5G Campusnetz auf ihrem Gelände. ^[4]

autonomes Fahren: Die Firma MIRA betreibt an ihrem Hauptsitz ein von Ericsson installiertes, privates 5G Standalone-basiertes Campusnetz im Frequenzbereich 3.7-3.8 GHz. Das Unternehmen entwickelt u.a. mit dessen Hilfe zukunftsweisende Mobilitätslösung für Logistik und Passagiertransport, z.B. teleoperierte Fahrten.[5]

10. Wer nutzt das (schon)?

Mehr als man glauben mag! Campus 5G ist längst keine Nischenphänomen mehr! Ende 2022 veröffentliche die Bitkom eine Umfragestudie unter 500 Unternehmen, nach der bereits gut 1/4 der Befragten solche Netze schon einsetzen oder es planen.^[1] Auf der Liste der Bundesnetzagentur der zugelassenen Firmen (Punkt bei „Liste der Frequenzzuteilungsinhaber“) finden sich hunderte Einträge. Allen voran natürlich bekannte Namen wie Siemens, Daimler, KUKA, Schaeffler, Miele, Audi, BMW, VW und diverse Universitäten bzw. TUs. Aber auch kleinere Unternehmen füllen zunehmend den Platz.

Ende 2023 nahm z.B. BASF ihr erstes Campusnetz online. Dabei setzte der Chemieriese auf die RED-Box Lösung von Vodafone (siehe folgend).

11. Bau von Campusnetzen und Förderung: Wer sind die wichtigsten Player?

Bundesregierung: In Punkto Förderung, ist hier vor allem die Regierung zu nennen. Das BMWi startete bereits im Jahr 2021 ein Aufruf zum Förderprogramm Campusnetzwerke. Auch wurde bis 2022 das Projekt „5G Insel“ unterstützt – ein transportables, lokales 5G-Campusnetz. Des weiteren starteten Anfang des selben Jahres zwei Technologieprogramme zu Campusnetzen auf nationaler und internationaler Ebene.

CampusOS:

Von Beginn an war klar, dass der Schlüssel für eine schnelle und langfristige Etablierung vor allem in der Standardisierung liegt. Ziel des CampusOS Projektes: Ein technologisch souveränes, modulares Campusnetz-Ökosystem schaffen. Der Fokus liegt dabei auf „offenen und sicheren Funknetzen auf Basis offener Funktechnologien und interoperabler Netzkomponenten."^[3]

Das Konsortium besteht aus über 20 Projektpartnern aus Industrie und Forschung. Darunter die Deutsche Telekom, Robert Bosch, Still, Siemens Aktiengesellschaft, Rohde & Schwarz und diverse Unis sowie TUs. Mehr unter https://campus-os.io/#top

Mobilfunkanbieter & sonstige Unternehmen:
Für die regulären 4G- und 5G-Privatkundennetze zeichnen sich in Deutschland vier Provider verantwortlich (wenn man 1&1 bereits mitzählt). Das sind Vodafone, Deutsche Telekom, O2 sowie 1und1. Die ersten drei bieten für Unternehmen nicht nur (private) Komplettlösungen, sondern sind, wie schon erwähnt, auch maßgeblich immer mit an der Forschung beteiligt.

Vodafone: Der Düsseldorfer Provider bietet insgesamt vier Komplettpakete mit dem Namen „Vodafone Campus Private“ unterteilt in die „Tarife“ Indoor, Indoor Plus, Kombi sowie Kombi Plus. Basis bildet die eigens entwickelte Vodafone RedBox. Mehr dazu hier in diesem PDF-Handout.


Deutsche Telekom: Die Deutsche Telekom arbeitet bei dem Thema mit Microsoft zusammen. Natürlich hat der Konzern ebenfalls ein differenziertes Portfolio privater 5G-Netze im Angebot. Auf Basis des firmeneigenen „Azure Private 5G Core“, können sogar standortübergreifende Netze etabliert werden. Die Palette reicht von der temporären „5G Box to go“, bis zur Vernetzung ganzer Betriebsgelände. Mehr dazu hier.

O2 Telefónica: Auch O2 plant und realisiert Firmen 5G-Campusnetze. Mehr Infos hier auf der Infoseite des Unternehmens.

sonstige: Neben den Mobilfunkanbietern, bauen natürlich auch noch andere Unternehmen solche Lösungen. Zwei der Größten, die wir recherchieren konnten, wollen wir an dieser Stelle nicht unerwähnt lassen. Das wären einmal die COCUS AG, welche z.B. das schon mal erwähnte Campusnetz Starterkit bietet, sowie Axians.

Forschung:
Ohne Grundlagenwissenschaft gäbe es natürlich weder 5G noch Campusnetze in der heutigen Form. Federführend sind hier die namensgebenden Universitäten. Alle Projekte zu nennen, würde hier aber den Rahmen sprengen. Das Fraunhofer Institut hat beispielsweise ein mobiles 5G-Campusnetz entwickelt.

12. "Anbieter" für Campusnetze

Im Privatkundensegment teilen sich aktuell O2, Vodafone und die Deutsche Telekom den Mobilfunkmarkt auf. Ende 2023 kommt noch 1&1 als 4. Netzanbieter hinzu. Tatsächlich könnte es bald sogar eine Art 5G-Campusnetz-Anbieter namens "IS Wireless" für die Industrie geben. IS Wireless wird zudem für ein Projektkonsortium wird namens CampusDynA in Berlin ein privates 5G-Netz bereitstellen. CampusDyna ist ein vom Bundesministerium für Wirtschaft & Klima gefördertes Projekt um 5G Open RAN Campusnete für die Industrie zu erforschen. Mit dabei sind unter anderem T-Systems, OSRAM, die Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. und viele mehr.

13. Ausblick

Das Thema ist die Entwicklung noch längst nicht abgeschlossen. Sobald es etwas Neues gibt, werden wir im Newsbereich oder hier drüber berichten.

Weiterführendes

» Wie viel Strom verbraucht eigentlich 5G im Vergleich zu 4G?
» 5G über Satellit?
» Einsatz von 5G in der Landwirtschaft
» 5G für Geschäftskunden - Anbieter & Tarife


Quellen:

[1] www.bitkom.org/Presse/Presseinformation/Viertel-deutscher-Industrie-5G-Campus-Netze

[2] Bundesnetzagentur (Berechnung)

[3] digitale-technologien.de

[4] O2 Pressemitteilung
[5] Ericsson PRM