LTE-Cat-NB1 / NB-IoT - NarrowBand-IoT

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

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 überall verfügbar ist. Allerdings befinden sich viele IoT-Devices an Standorten, die von typischen Mobilfunksignalen nur schwer erreicht werden können. Beispielsweise in Kellerräumen und hinter Stahlbetonwänden und -decken. Die üblichen Mobilfunksignale 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.
Außerdem sind Mobilfunknetze für einfache IoT-Massenanwendungen zu teuer und zu energieintensiv. Zum Beispiel für Sensoren und Smart-Meter-Anwendungen.

Hier ist LTE-Cat-NB1 mit etwa 250 kBit/s ein zukünftiger Ersatz für GSM- und UMTS-Datenendeinrichtungen mit geringen Datenmengen.

Übertragungstechnik

LTE-Cat-NB1 arbeitet auf 800- und 900-MHz-Frequenzen mit einer großflächigen Abdeckung bei gleichzeitig guter Durchdringung von Gebäuden.
Die Technik nutzt die vorhandene Infrastruktur der LTE- und GSM-Netzanbieter, wobei eine einzige Mobilfunkzelle mit der NB-IoT-Technik bis zu 50.000 Gegenstände parallel vernetzen kann.

  • Inband-Betrieb: Das Trägersignal wird verlustfrei in das breitbandigere LTE-Signal eingebettet.
  • Guard-Band-Betrieb: Verwendet werden die Lücken zwischen zwei LTE-Kanälen.
  • Standalone-Betrieb: Stellt ein eigenständiges Netz dar. Verwendet zum Beispiel einen GSM-Kanal.

Ein Vorteil von LTE-Cat-NB1 ist, es passt mit seinen 180 kHz breiten Kanälen in die vorgegebene GSM-Spektrumsaufteilung. Deshalb kann man LTE-Cat-NB1 beispielsweise schrittweise dort einführen, wo GSM weniger benötigt wird (Standalone).
Desweiteren passt LTE-Cat-NB1 in die Schutzabstandslücken zwischen LTE-Bändern (Guard-Band). Die reguläre Nutzung eines LTE-Trägers (Inband) ist ebenso möglich.

Batterielaufzeit

LTE-Cat-NB1 ist auf eine geringe Leistungsaufnahme optimiert. Die Funkmodule sind im Vergleich zu LTE einfacher aufgebaut und benötigen weniger Energie, sodass einige Anwendungen mehrere Jahre lang mit einer Knopfzelle auskommen könnten. Damit ist LTE-Cat-NB1 in den Leistungsparametern mit anderen LPWAN-Techniken, insbesondere LoRaWAN, vergleichbar.

Reichweite

Die vergleichsweise schnelle Abdeckung mit LTE-Cat-NB1 gelingt nicht zuletzt deshalb, weil es eine deutlich größere Reichweite hat als etwa GSM oder LTE. Der verwertbare Empfangspegel liegt 20 dB höher als bei herkömmlichem LTE (164 statt 144 dB). Dadurch erreicht man eine robustere Übertragung und eine bis zu zehnfach höhere Netzabdeckung.

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).

LTE-Cat-M1 vs. LTE-Cat-NB1

Den beiden Mobilfunk-Standards LTE-Cat-M1 und LTE-Cat-NB1 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 LTE-Cat-M1 eine größere Netzkapazitäten, während LTE-Cat-NB1 mit etwas geringeren Kosten und einer höherer Netzabdeckung punktet.

LTE-Cat-NB1 ist besonders in Europa und Asien verbreitet.

Anwendungen

LTE-Cat-NB1 ist für viele Anwendungen nützlich, bei denen es darum geht die veralteten GPRS-Module ersetzen zu müssen und gleichzeitig eine höhere Reichweite und Zuverlässigkeit erforderlich ist.
Allerdings eignet sich diese LTE-Erweiterungen nur für schmalbandige Anwendungen. Insbesondere für den stationären Betrieb (Fixed Wireless Access, FWA), weil es bei mehrfachen Zellenwechsel zu erhöhtem Stromverbrauch kommen kann.

Übersicht: IoT-Funksysteme

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