Reichweitenstark und zuverlässig
LPWA setzt neue Impulse für das IoT
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Neue LTE-Protokolle
Anders die in der Tabelle grün markierten und unter dem Begriff „Low Power Wide Area (LPWA)“ zusammengefassten Funktechnologien: Die neuen, schmalbandigen Kommunikationslösungen bieten vor allem für Applikationen, bei denen die gelegentliche Übertragung kleiner Datenmengen im Vordergrund steht, einige ganz wesentliche Vorteile: eine hohe Reichweite, eine exzellente Gebäudedurchdringung, eine hohe Zuverlässigkeit und – last but not least - einen äußerst geringen Energieverbrauch, der einen autonomen Betrieb batteriegestützter Adapter über Jahrzehnte hinweg ermöglicht. Aus wirtschaftlicher Sicht besonders erfreulich ist auch, dass für LPWA-Systeme keine neue Infrastruktur erforderlich ist. Für die physikalische Verbindung ihrer Endgeräte und Basisstationen kann entweder das Mobilfunknetz oder im Falle von RPMA auch die ISM-Frequenz 2,4 GHz genutzt werden.
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Da die neuen LTE-Protokolle vergleichsweise einfach per Software-Update auf den hierfür vorgesehenen Basisstationen zu installieren sind, ist zu erwarten, dass sie relativ schnell verfügbar sein werden. Während „LTE Cat M1“ noch mittlere Datenraten und wie „LTE Cat 1“ auch Sprache unterstützt, ist bei „LTE Cat NB1“ (auch bekannt als NB-IoT) die Bandbreite so weit reduziert, dass alle Vorteile einer typischen LPWA-Lösung klar zum Tragen kommen. Dazu gehört neben der Unterstützung von bis zu 150.000 Geräten je Funkzelle unter anderem die hohe Leistungsübertragungsbilanz von 164 dB, die den Aufbau von Verbindungen auch tief aus dem Inneren von Gebäuden und aus Kellerbereichen heraus ermöglicht. Das auf lizensierten Frequenzbereichen arbeitende „LTE Cat NB1“ bietet darüber hinaus eine hohe Sicherheit und Störfestigkeit sowie geringe Latenzzeiten. Dank seiner geringen Bandbreite von nur 200 kHz kann es neben vorhandenen 2G- und LTE‑Netzwerken betrieben werden. Über die stabile Zwei‑Wege‑Kommunikation sind auch Firmware‑Upgrades per Funk realisierbar. Und mit „LTE Cat NB1“ ist ein weltweites Roaming möglich, ein Vorteil, über den lokalisierte Technologien auf Basis nicht lizenzierter Frequenzbereiche nicht verfügen.
Einer der Marktführer für Wide-Area-Funkadapter ist u-blox. Mit dem SARA-N2 (siehe Foto) hat das schweizer Unternehmen letztes Jahr eines der weltweit ersten „LTE Cat NB1“-Mobilfunkmodule vorgestellt.
Der neue Baustein wurde für den Einsatz in intelligenten Gebäuden und Städten, Messeinrichtungen von Versorgungsunternehmen, für die Lokalisierung von „weißer Ware“ und Gütern sowie für die Überwachung in Landwirtschaft und Umweltschutz konzipiert und kann dank seines geringen Stromverbrauchs von weniger als 6 mA im Aktivmodus bzw. weniger als 4 μA im Tiefschlafmodus mit nur einer einzelligen Primärbatterie 10 bis 20 Jahre lang betrieben werden. Sein 16 x 26 mm großes LGA-Gehäuse ermöglicht auf Basis des „NestedDesign“-Konzepts einfache Upgrades von GSM-, HSPA- oder CDMA‑Lösungen und gewährleistet damit eine nahtlose mechanische Skalierbarkeit auch über mehrere Technologiestufen. SARA‑N2 unterstützt Downlink‑Raten bis zu 227 kBit/s und Uplink‑Raten bis zu 21 kBit/s. Die Auslegung auf drei Funkbändern bedeutet, dass ein und dasselbe Modul in den meisten geografischen Regionen verwendet werden kann.
Eine weitere, ebenfalls sehr leistungsfähige LPWA-Lösung ist das RPMA-Protokoll (Random Phase Multiple Access), das seinen Name der Art seiner Zugriffssteuerung verdankt und für den lizenzfreien 2,4-GHz-ISM-Bereich vorgesehen ist. Mit einer Leistungsübertragungsbilanz von 167 dB ist diese Technologie u.a. prädestiniert für besonders hohe Reichweiten. Unter günstigen Bedingungen können mehr als 10 km erreicht und somit Flächen bis zu 500 km² abgedeckt werden. Weil ein Access Point mit bis zu 64.000 Modulen kommunizieren kann, könnte sich RPMA zu einer bevorzugten Lösung für die Erfassung von Daten aus urbanen Räumen und Industrieanlagen entwickeln. SARA-S2, das erste RPMA-Modul des Herstellers u-blox, verfügt u.a. über fünf Betriebsmodi mit Stromaufnahmen zwischen 0,1 µA (Power off) und 245 mA (Active Mode TX). Damit kann auch dieser Baustein unter typischen Einsatzbedingungen eine Batterielebensdauer von mehr als 10 Jahren erreichen.
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