M2M-Kommunikation per LTE NB-IoT, NB-LTE oder LTE Cat NB1?

Migration von GSM zu LTE Cat NB1/LTE Cat M1

LTE Cat NB1 verspricht eine sehr preiswerte Funktechnik mit weltweitem Roaming zu werden. Die weit über 40 Bänder des klassischen LTE reduzieren sich für die IoT-Applikationen auf wenige Bänder im Sub-GHz-Band. Evtl. kommt noch das alte GSM-Band mit 1800 MHz hinzu. Mit den Modi zum Energiesparen eröffnen sich viele neue Geschäftsfelder. Ein IoT-Gerät mit LTE-Cat-NB1- oder LTE-Cat-M1-Modem bucht nicht mehr aus dem Netz aus und ist somit immer und auch mit selbst bestimmter Verzögerung erreichbar. Die zur Entwicklung der Standards angenommenen 50.000 Teilnehmer pro Zelle ermöglichen im Durchschnitt 40 Funkknoten pro Haushalt. Das sollte ausreichen, um jeden Toaster, jeden Kühlschrank und jede Kaffeemaschine in einer Straße mit dem Internet der Dinge zu verbinden. Ob der Toaster oder der Kühlschrank das Maß für das Internet der Dinge sind, muss jeder Anwender für sich selbst entscheiden. Sicher ist aber, dass unsere Gesellschaft altert und dass ein mobiles Notrufgerät mit Sprachübertragung für Ältere eine sehr sinnvolle Anwendung für LTE Cat M1 ist. Gleiches gilt für die Babyüberwachung per Funk (Babyruf) und andere Alarmgeräte mit Mithörfunktion.
Der „smarte“ Abfallcontainer (Bild 4) des irischen Unternehmens Smartbin aus Dublin wurde auf Basis des GSM-Standards entwickelt. Er ist ein gutes Beispiel für die notwendige Migration von GSM zu LTE. Nach der Mitteilung, dass AT&T in den USA seine GSM-Netze bis Dezember 2016 abschaltet, erfolgte eine Überarbeitung (Redesign) der Füllstandsmelder auf UMTS. UMTS-Module sind aber viel teurer als GSM-Module. Um die Kosten zu senken, stellt Smartbin seine Funksensoren gerade auf Sigfox und LoRa um. LoRa und Weightless kann in einem öffentlichen Netz oder mit eigenem Netzwerk und LTE-Gateways genutzt werden. Mit einem eigenen LPWAN wird Smartbin unabhängig von Netzbetreibern wie Sigfox oder Mobilfunknetzbetreibern (UMTS, GSM). Der Füllstandssensor von Smartbin sendet maximal zwei Mal pro Tag eine kurze Statusmeldung mit Füllstand, Standort und Batteriezustand. Eine Kollision ist auf dem lizenzfreien Band bei den wenigen Meldungen nicht zu erwarten. Selbst wenn eine Meldung verloren geht, dann kommt die nächste Meldung einen halben Tag später an. Eine fehlende Meldung ist bei dieser Applikation unkritisch. Sobald die ersten LTE-Netze Cat NB1 anbieten, erfolgt die Erweiterung auf diese neue LTE-Technik.

 

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M2M-Applikationen die mit Mobilfunk und LPWAN arbeiten.

 

LTE Cat NB1 führt zu einer einheitlichen Funkzulassung auf Basis eines Funkmoduls. Ein Hersteller muss im Gegensatz zu UMTS oder Standard-LTE mit Cat 1 bis Cat 9 nicht mehr verschiedene LTE-Module bevorraten und verschiedene Versionen des IoT-Gerätes zulassen.

Das Unternehmen Triptec aus Lübeck stellt seine Betriebsstundenzähler (Bild 5) für Pumpen, Stromgeneratoren und Blockheizkraftwerke gerade von GSM und UMTS auf Sigfox bzw. Weightless P um. Diese Zähler senden ihre Statusmeldung ebenfalls nur zweimal pro Tag. Der klassische LTE-Mobilfunkstandard wird übersprungen, weil er zu teuer ist und mit der geringen Leistungsübertragungsbilanz obendrein die Dämpfung durch Gebäudewände kaum kompensieren kann. Funkverfahren im Sub-GHz-Bereich mit hoher Leistungsübertragungsbilanz sind dagegen ideal, um aus Kellern zu funken. Um allen LTE-Netzen gerecht zu werden, plant Triptec ein kombiniertes LTE-Funkmodul für LTE Cat M1 und LTE Cat NB1 ein. Diese Kombi-Funkmodule sind nicht viel teurer als ein reines LTE-Cat-NB1-Modul und bieten im ersten Anlauf die beste Netzabdeckung.

Ähnliches plant die Prothelis GmbH, die Ortungs- und Sicherheitssysteme herstellt. Ihr kleiner, wasserdichter GSM-GPS-Tracker (Bild 6) mit kontaktloser Energieübertragung zum Laden des internen Akkus nach dem Qi-Standard wird derzeit in einer Version mit GSM-Modul gefertigt. Das Thema GSM-Abschaltung in USA sitzt man aus. Für das GSM-Modul im Prothelis-Tracker wird in absehbarer Zeit ein pinkompatibles LTE-Cat-NB1-Modul verfügbar sein. Damit wird es evtl. eines der ersten Ortungsgeräte auf der Basis von LTE Cat NB1. Der Umstieg von GSM auf LTE Cat NB1 durch Modulwechsel erspart Kosten für die Zulassungen. Zusätzlich erhöhen sich mit der besseren Leistungsübertragungsbilanz die Erreichbarkeit in Gebäuden und durch eDRX und PSM die Akkulaufzeit des Tracker. Die neuen LTE-Standards für IoT-Applikationen wie LTE Cat NB1 haben vermutlich in den Punkten Netzausbau, Betriebskosten und Roaming ganz schnell die Nase vorn. Sie versprechen aber nicht nur bessere Eigenschaften als GSM, sondern auch niedrigere Preise für Funkmodule.