High-Speed-Konnektivität für das IoT

Netzwerke der nächsten Generation wie 5G Mobilfunk und WiFi 6+ läuten eine neue Ära für das Internet der Dinge (IoT) ein. Dank höherer Geschwindigkeiten und größerer Datenkapazitäten können diese ultraschnellen, zuverlässigen Netze Millionen weiterer vernetzter Geräte unterstützen, die von relativ einfachen Smart-Home-Funktionen bis hin zu fortschrittlicheren Funktionen wie automatisierten Fabriken, Fernüberwachung des Gesundheitszustands und Telematik für Fahrzeugflotten alles ermöglichen. 

Die kommende Explosion der Maschine-zu-Maschine-Kommunikation könnte bis 2023 mehr als 50 Prozent aller Internetverbindungen ausmachen – und bis 2027 könnte es 41 Milliarden installierte Geräte für das IoT geben. 

Damit das IoT dieses Potenzial ausschöpfen kann, muss die Welt jedoch ein robustes Konnektivitäts-Ökosystem aufbauen, das die Vorteile der Hochgeschwindigkeitsnetze 5G und WiFi 6+ nutzt und gleichzeitig andere drahtlose Protokolle unterstützt, die für die verschiedenen Einschränkungen und Anforderungen spezifischer Anwendungen für das IoT geeignet sind. Das bedeutet, dass Geräte und Netzwerke mit fortschrittlichen Multiband-Antennenlösungen entwickelt werden müssen, die einen breiteren Frequenzbereich abdecken, dass kleinere und haltbarere eingebettete Komponenten entwickelt werden müssen, um Daten in verschiedenen Umgebungen aufzuzeichnen und zu übertragen, und dass die Infrastruktur ausgebaut werden muss, um die zu erwartende Zunahme der Datenflut in drahtlosen Netzwerken zu bewältigen. 

Als Konnektivitäts- und Sensorpartner führender Hyperscale- und Telekommunikationsunternehmen arbeitet TE mit seinen Kunden zusammen, um einige ihrer größten Designherausforderungen zu bewältigen. Hier sind wichtige Innovationen, an denen wir arbeiten, damit das IoT sein explosives Wachstumspotenzial entfalten kann. 

Die Ermöglichung der Maschine-zu-Maschine-Kommunikation an jedem Ort und zu jeder Zeit stellt neue Anforderungen an die Fähigkeiten von eingebetteten und externen Funkantennen. Geräteentwickler und Ingenieure benötigen Zugang zu einer Reihe von Antennenoptionen, um den Anforderungen verschiedener Anwendungen für das Internet der Dinge gerecht zu werden.

Ein entscheidendes Merkmal von Antennenlösungen für das IoT ist die Fähigkeit, Breitband-Frequenzleistung zu bieten – von Low-Band, 600 MHz LTE-Mobilfunk bis hin zu 6 GHz und darüber für 5G-Netzwerke. Um Signale über ein breites Frequenzspektrum effektiv zu erfassen, muss die Antennentechnologie eine ausreichende Selektivität und Isolierung bieten, um Interferenzen mit anderen Geräten des Internets der Dinge zu vermeiden.

Jede Antenne im Ökosystem des Internets der Dinge muss auch auf die Leistungsanforderungen ihrer Anwendung abgestimmt sein. So können beispielsweise Geräte an einem festen Standort, der über ein stabiles Netz und eine gute Signalstärke verfügt, mit einer einfachen Dipol- oder Blattantenne eine ausreichende Leistung erzielen. Da die Qualität und Zuverlässigkeit des Netzes abnimmt, werden in der Regel Rundstrahl- oder Richtantennen mit hohem Gewinn benötigt, um sicherzustellen, dass die Signale der Geräte das Netz erreichen.

Um diese Herausforderungen zu meistern, bietet TE Connectivity ein umfassendes Portfolio an Antennenlösungen an, die eine Mischung aus Frequenzbändern und Leistungsanforderungen für verschiedene Anwendungen des Internets der Dinge abdecken. Da die Einführung von Hochgeschwindigkeitsnetzen weiterhin neue Innovationen im Bereich des Internets der Dinge vorantreibt, ist TE darauf vorbereitet, kundenspezifische Antennendesigns zu entwickeln, die den Frequenzbereichen und Designanforderungen neuer Anwendungen gerecht werden.

Mit der Weiterentwicklung des Internets der Dinge müssen Antennen und Sensoren mit fortschrittlichen Funktionen auch in immer kleineren Gehäusen verfügbar sein. Ob es sich nun um tragbare Technologien, Steuerungen für die Heimautomatisierung oder Tracking-Geräte für den intelligenten Verkehr handelt – die Nachfrage nach Miniaturisierung ist bereits jetzt hoch und wird weiter steigen.

Innovationen bei Antennen auf Leiterplatten und flexiblen Leiterplatten haben bereits leistungsstarke Optionen für Anwendungen mit kleinem Formfaktor geschaffen. Ähnliche Fortschritte haben wir bei der Miniaturisierung der leistungsstarken Antennen für Fahrzeuge der öffentlichen Sicherheit gemacht. Die langen Peitschenantennen sind verschwunden und wurden durch diskrete Antennen im Stil von Haifischflossen oder Salz- und Pfefferstreuern ersetzt. Diese unterstützen drahtlose Breitband-, GPS/GNSS- und andere Frequenzbänder, die für ein vollständig vernetztes Fahrzeug erforderlich sind.

Unser Team von Ingenieuren arbeitet kontinuierlich an den technischen Herausforderungen, um kleinere Antennen mit mehreren Anschlüssen und zusätzlichen Frequenzen auszustatten und diese Nachfrage zu befriedigen. 

Geräte des Internets der Dinge müssen überall sein – von der Fabrikhalle oder dem Acker bis zum Handgelenk eines Menschen. Um sicherzustellen, dass diese Geräte konsistent Daten aufzeichnen und übertragen können, müssen sie so konzipiert sein, dass sie einer Reihe von unvorhersehbaren Umgebungen standhalten.

Entwickler von IoT-Geräten können aus einer breiten Palette von Antennen und anderen Komponenten auswählen, die den Anforderungen ihrer jeweiligen Anwendung entsprechen. Als Anbieter von Verbindungslösungen verpflichtet sich TE zu strengen Tests unserer Komponenten, um ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Temperatur, Feuchtigkeit, Vibration und Stößen sowie anderen Umweltbedingungen, welche die Leistung beeinträchtigen könnten, sicherzustellen.

Die Anpassung an Kundenwünsche ist ebenfalls ein wichtiger Aspekt von Anwendungen des Internets der Dinge, die jeweils einzigartige Umgebungsanforderungen haben. So arbeitete unser Team beispielsweise mit einem Kunden zusammen, der eine Antenne für Außenstromkästen in Wohnvierteln benötigte. Der Wunsch des Kunden war, dass die Antenne einen
direkten Schlag mit einem Baseballschläger oder einem Skateboard standhalten sollte. Unsere Ingenieure entwickelten eine kleine, robuste Kuppelantenne, die der Prüfung standhielt.

Ein anderer Kunde aus der Medizintechnikbranche wandte sich an TE, um die Entwicklung eines drahtlosen, tragbaren, nicht-invasiven Behandlungsgeräts zu unterstützen. Wir haben eine maßgeschneiderte Antenne entwickelt, die in einem Gerät von der Größe einer Armbanduhr eine 4G-LTE-Multiband-Konnektivität im Stil eines Mobiltelefons bietet. 

Um breitere Frequenzbänder und eine bessere Signalabdeckung zu ermöglichen, müssen die Geräte im Allgemeinen mehr Strom verbrauchen. Ein höherer Stromverbrauch erzeugt in der Regel mehr Wärme.

Kleinere Geräte und eingebettete Anwendungen können sich nicht auf Lüfter zur Wärmeableitung verlassen. Stattdessen haben sich die Komponentenhersteller auf multifunktionale strukturelle Designansätze verlegt. Diese tragen dazu bei, die Wärme auf der Leiterplattenebene abzuleiten, was eine stabile Leistung gewährleistet. 

Das Hinzufügen von Millionen zusätzlicher angeschlossener Geräte zu drahtlosen Netzwerken wird zu einem enormen Anstieg der Daten führen, die an die Cloud oder zentrale Datenzentren übertragen werden müssen. Rechenzentren und Cloud-Computing-Anbieter werden ihre Kapazitäten ausbauen, um diesen Anstieg zu bewältigen. Ohne robuste Antennenmuster und MIMO-Korrelationsleistung besteht jedoch immer noch das Risiko von Kommunikationsverzögerungen zwischen zentralisierten Servern/Speichern und Geräten des Internets der Dinge, die in sicherheits- oder unternehmenskritischen Echtzeitanwendungen eingesetzt werden – selbst bei den geringeren Latenzzeiten, die Hochgeschwindigkeitsnetzwerke bieten.

Das Wachstum der geschäftskritischen Anwendungen des Internets der Dinge wird die Nachfrage nach Edge-Computing-Lösungen steigern, welche die Datenverarbeitung und -speicherung näher an die Geräte des Internets der Dinge heranbringen können. Der Aufbau dieser Edge-Netzwerke führt zu wichtigen neuen Überlegungen. Dateninfrastrukturen, die in einem Geräteraum vor Ort untergebracht sind, können einer raueren Umgebung ausgesetzt sein als in einem zentralen Rechenzentrum, in dem Temperatur und Feuchtigkeit gut kontrolliert werden. Infolgedessen müssen Netzwerkdesigner nach robusteren Kabeln und Steckverbindern suchen, die auf weniger kontrollierte (rauere) Randumgebungen ausgerichtet sind.

Das IoT erfordert eine vollständig integrierte und optimierte Konnektivitätsinfrastruktur. Aus diesem Grund umfasst das Angebot für das IoT von TE neben den Antennen, Sensoren und anderen Komponenten, die intelligente Geräte ermöglichen, auch Kabel und Steckverbinder. 

Es steht außer Frage, dass Hochgeschwindigkeitsnetzwerke dem Internet der Dinge zu einem Evolutionssprung verhelfen können. Die Vision von intelligenten Städten, vollautomatischen Fabriken und selbstfahrenden Autos wird nun Wirklichkeit.

Schnellere Netzwerke allein reichen nicht aus, um diese vernetzte Welt zu ermöglichen. Um das volle Potenzial des Internets der Dinge auszuschöpfen, müssen Kommunen, Telekommunikationsunternehmen, Gerätehersteller, Gebäudeeigentümer und Konnektivitätsspezialisten wie TE zusammenarbeiten. Nur gemeinsam lässt sich ein komplettes Ökosystem schaffen, das für die neuen Möglichkeiten und Herausforderungen ausgelegt ist, die sich durch schnellere, leistungsfähigere drahtlose Netzwerke ergeben.