NB-IoT versus LoRa und Sigfox Die zelluläre Alternative

Armin Böshenz, u-Blox

»Im Moment sind die Kunden aufgrund der vielen Standards im LPWAN-Umfeld etwas verwirrt.«
Armin Böshenz, u-Blox »Im Moment sind die Kunden aufgrund der vielen Standards im LPWAN-Umfeld etwas verwirrt.«

Jetzt springen auch die Telekommunikationsunternehmen mit NB-IoT auf den LPWAN-Zug auf. Den Vorsprung der Wettbewerber im unlizenzierten Spektrum wollen sie schon bald aufgeholt haben.

Im Juli 2016 hatte die 3GPP das berühmte „Release 13“ verabschiedet, denn die Global System Mobile Association (GSMA) wollte innerhalb ihres 3rd-Generation-Partnership-Programms (3GPP) eine zellenbasierte Narrowband-Technik definieren, um das Feld nicht den Firmen im unlizenzierten Spektrum zu überlassen. Auf den Namen NB-IoT wurde die neue Technik getauft, die auf Übertragungsraten von 250 KBit/s (Uploads) und 170 KBit/s (Downloads) kommt. Damit eignet sich NB-IoT für den Einsatz überall dort, wo es auf höhere Datenübertragungsraten ankommt, weniger auf eine sehr lange Lebensdauer der Batterie.

Ein wesentliches Argument, das die Befürworter von NB-IoT immer wieder vorbringen: Es handelt sich um einen globalen Standard und es sind keine neuen Antennen nötig, um NB-IoT auszurollen. Deshalb sei es für die Telcos ausgesprochen einfach, auf NB-IoT umzuschalten – und deshalb fiele der Vorsprung von Firmen wie Sigfox und der LoRa-Verfechter gar nicht so sehr ins Gewicht. Verfüge ein Betreiber über moderne Infrastruktur von Huawei, so wäre lediglich ein Software-Upgrade erforderlich, und schon könnten die Betreiber eines zellulären Netzes NB-IoT anbieten. Wer Equipment von anderen Herstellern hat, beispielsweise Sony Ericsson, der müsste eben noch zusätzliche Hardware-Updates durchführen.

Deshalb könne es unterschiedlich lange dauern, bis die Umstellung auf NB-IoT vollzogen ist. »Vodafone hat in Madrid dafür einen Tag gebraucht, in San Diego de Chile waren dafür drei Monate erforderlich«, weiß Oswald Maurer von Weptech zu berichten.

Für Dominikus Hierl von Quectel ist die Umstellung auf NB-IoT der nächste große Schritt: »Das erste Mal seit der Einführung von GSM vor 20 Jahren, mit der M2M in unsere Welt Einzug hielt, sind jetzt wieder langfristige Aussagen über die nächsten 20 Jahre möglich.« Das sei wichtig, weil man davon ausgehen könne, dass die großen Netzbetreiber auch in zwanzig Jahren noch bestehen. Außerdem hätten große Halbleiterhersteller wie Intel und Qualcomm in NB-IoT investiert – und nicht nur das: Auch in weitere Standards wie CAT M1, die zwar – je höher die Datenübertragungsrate angesiedelt ist – sich dem ursprünglichen LPWAN-Gedanken immer mehr entfernen, aber auch mehr Performance bieten. »Dann kommt Voice over LTE hinzu, ein vollwertiges Flottenmanagement ließe sich durchführen, was dann allerdings etwas teurer und nicht mehr Low Power ist«, so Hierl. »Als zellulärer Standard ist NB-IoT in die 5G-Entwicklung eingebettet. Das macht den Charme von NB-IoT aus!«

Schon früh auf NB-IoT gesetzt hatte die schweizer u-Blox, und zwar zusammen mit dem in Cambridge ansässigen Start-up Neul (der für uns etwas gewöhnungsbedürftig klingende Name „Neul“ bedeutet auf Gälisch Wolke, also auf Englisch Cloud), die Chips für die Übertragung mit Frequenzen von 450, 850 und 900 MHz sowie über niedrige LTE-Frequenzen entwickelt hatte. 2014 kaufte Huawei die Firma mit damals 30 Mitarbeitern für 25 Mio. Dollar, um in diese NB-IoT-Version einzusteigen. Jetzt bildet die von Neul entwickelte Technik einen wesentlichen Bestandteil der Release 13. Das Unternehmen soll als eigene Einheit innerhalb von Huawei bestehen bleiben und sich auf die Entwicklung der Chips und der Software-Stacks sowie der Integration-Tools konzentrieren. Damit will Neul ein komplettes Ökosystem anbieten, das es den Systemanbietern erlaubt, die entsprechenden Geräte zu entwickeln. Auf ihrer Basis lassen sich vollständige zelluläre IoT-Netze aufbauen. Für diese Ebene ist dann Huawei zuständig.

Nun geistern seit kurzem die unterschiedlichsten Abkürzungen für die zellulären Techniken durch den Raum. Die wichtigsten auf der LPWAN-Ebene sind CAT-M1 und CAT-NB1, auch NB-IoT genannt. NB-IoT stellt Übertragungsraten von bis zu 200 KBit/s im Downlink und 100 KBit/s im Uplink zur Verfügung. Bei CAT-M1 erreichen die Datenübertragungsraten im Downlink und im Uplink 375 KBit/s. Die Bandbreite liegt für CAT-M1 bei 1 MHz, für NB-IoT bei 200 kHz. Zum Vergleich: Die Bandbreite für Cat-4 ist mit 20 MHz spezifiziert, die Übertragungsraten erreichen 150 MBit/s im Downlink und 50 MBit/s im Uplink.

Die bessere Performance bieten also die CAT-Standards. Doch je höher ihre Performance, umso höher auch die Leistungsaufnahme, und umso teurer werden sie. Die Komplexität eines Modems auf Basis von CAT-M1 liegt laut Quectel bei nur 20 Prozent des CAT-4-Moduls, die des NB-IoT-Moduls sogar bei unter 15 Prozent. Damit ist klar, dass im Grunde nur der NB-IoT-Standard auf einer vergleichbaren Ebene zu dem liegt, was LoRA und Sigfox bieten. Allerdings erreicht NB-IoT höhere Übertragungsraten als Sigfox und LoRa. Dafür dürfte die Batterielebensdauer darunter liegen, und so gibt es für unterschiedliche Anforderungen unterschiedliche Angebote (siehe auch den Artikel ab Seite 63), auch wenn schlussendlich alle Beteiligten im selben Teich fischen.