NB-IoT - NarrowBand-IoT (LTE-Cat-NB1)

NarrowBand-IoT ist eine Spezifikation der 3GPP und wird auch unter dem Namen LTE-Cat-NB1 geführt. Die LTE-Netzbetreiber können mit NarrowBand-IoT ihre Mobilfunknetze für die typischen Anwendungen im Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) nutzbar machen.

Eine der Anforderung für ein IoT-Funknetzwerk ist eine sehr gute Netzabdeckung. Sowohl Indoor als auch Outdoor. Mit GSM existiert eine solche Mobilfunktechnik, die praktisch immer und überall verfügbar ist. Allerdings befinden sich viele IoT-Devices an Standorten, die von Funksignalen nur schwer erreicht werden können. Beispielsweise in Kellerräumen und hinter Stahlbetonwänden und -decken. Die üblichen Mobilfunksignale von GSM, UMTS und LTE kommen da nur schwer durch. Reichweite und Qualität der Signalpegel sind einfach zu niedrig. Außerdem ist GSM nicht zukunftsfähig. Das heißt, es eignet sich nicht als IoT-Funksystem.

Reichweite und Signalpegel von NarrowBand-IoT (NB-IoT)

Um die Reichweite und die Signalpegel im Mobilfunknetz zu verbessern, existieren die Spezifikationen NarrowBand-IoT (NB-IoT) und enhanced Machine-type Communications (eMTC), mit denen man ein Mobilfunknetz zu einem IoT-Funknetzwerk aufrüsten kann. Beide Spezifikationen reduzieren die Komplexität des Funkmoduls, in dem die maximale Datenrate empfangs- und sendeseitig begrenzt ist.

Um die nötige Reichweite für IoT-Anwendungen zu erhalten, wartet NB-IoT mit zusätzlichen 20 dB Leistungsübertragungsbilanz auf. Damit haben NB-IoT-Netze eine bis zu zehnfach höhere Netzabdeckung.
Allerdings eignet sich diese LTE-Erweiterungen nur für schmalbandige Anwendungen.

Ein weiterer Vorteil von NB-IoT ist, es passt mit seinen 180 kHz breiten Kanälen in die vorgegebene GSM-Spektrumsaufteilung und erreicht etwa 250 kBit/s. Deshalb kann man NB-IoT beispielsweise schrittweise dort einführen, wo GSM weniger benötigt wird.
Desweiteren passt NB-IoT in die Schutzabstandslücken zwischen LTE-Bändern (Guard-Band). Die reguläre Nutzung eines LTE-Trägers (Inband) ist ebenso möglich.
NB-IoT ist zudem auf eine geringe Leistungsaufnahme optimiert, sodass einige Anwendungen mehrere Jahre lang mit einer Knopfzelle auskommen könnten.

Um die Reichweite und die Signalpegel zu verbessern, arbeitet NB-IoT mit einer robusteren Modulation (z. B. QPSK) und erhöht die Redundanz der übertragenden Daten. Eine Nachricht besteht dann aus vielen Einzelübertragungen, die rechnerisch einem mehrfach besseren Funksignal entsprechen (um 20 dB höhere Signalstärke). Dabei nimmt die Versorgungsfläche etwa um den Faktor 12 zu. Das heißt, die Reichweite ist viel höher und die Funksignale kommen auch da noch hin, wo man kein GSM mehr empfangen kann.

NarrowBand-IoT in Deutschland

In Deutschland gibt es bereits Feldversuche in den Bereichen Smart Metering, Smart Parking und Asset Tracking. Die erstmalig kommerzielle Nutzung ist für das Jahr 2017 vorgesehen.

eMTC vs NB-IoT

Den beiden Mobilfunk-Standards eMTC und NB-IoT ist gemeinsam, dass sie innerhalb bestehender LTE-Netze betrieben werden. Sie werden dabei als sich ergänzende Standards behandelt, die je nach Anwendungsfall ihre Vorteile ausspielen, um LTE für den Einsatz im Internet der Dinge fit zu machen.
Typischerweise hat eMTC eine größere Netzkapazitäten, während NB-IoT mit etwas geringeren Kosten und einer höherer Netzabdeckung punktet.

Übersicht: IoT-Funksysteme

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