Was ist LTE-M und wie unterscheidet es sich von NB-IoT?

Was ist LTE-M?

Internet der Dinge (IoT)-Anwendungen, die in Weitverkehrsnetzen eingesetzt werden, erfordern zuverlässige Kommunikationsprotokolle1TP14. LTE-M oder LTE-Cat M1 ist ein solches WAN-Protokoll. Es gehört zu den Stromsparendes WAN (LPWAN) Familie, wo andere Technologien wie LoRa und NB-IoT gehören. Es kann als ein auf Mobilfunktechnologie basierender Konkurrent zu anderen LPWAN-Technologien betrachtet werden, der speziell auf die Realisierung von WAN-IoT-Anwendungen ausgerichtet ist. Es wurde erstmals veröffentlicht in Freigabe 13 durch 3GPP im Jahr 2016. Die Bedeutung von LTE-M liegt in seinen Anwendungen mit geringerer Bandbreite für die Verbindung ressourcenbeschränkter Geräte über ein WAN. LTE-M stützt sich auf die bestehende Mobilfunkinfrastruktur, wodurch die Kosten für den Aufbau einer neuen Infrastruktur reduziert werden. LTE-M kann eine Datenrate von bis zu 4 Mbit/s gemäß Release 14 bieten.

Wie funktioniert LTE-M?

LTE-M im Gegensatz zu seinen zellularen Gegenstücken wie LTEkonzentriert sich auf IoT und M2M Anwendungen über ein Wide Area Network. Zu diesem Zweck verfügt LTE-M über einige integrierte Funktionen, die es zu einem idealen Kandidaten für diesen Zweck machen.

Die erste Herausforderung, die es zu bewältigen gilt, ist der hohe Stromverbrauch der herkömmlichen Mobilfunk-Technologien1TP14. Um dies zu überwinden, nutzt LTE-M zwei außergewöhnliche Merkmale. Sie sind:

• Energiesparmodus (PSM)
• Erweiterter diskontinuierlicher Empfang (eDRX)

Bei PSM geht das Gerät in den Ruhezustand, während es im Netz registriert wird. Bevor es jedoch in den Ruhezustand geht, sollte das Gerät dem Netz die Zeit mitteilen, zu der es wieder aufwachen darf. Ein Gerät kann sich 12 Tage lang in einem Ruhezustand befinden. Er kann auch vor der angegebenen Zeit durch einen Notfall wie einen Alarm ausgelöst werden. Dieser Ruhezustand wird als registrierter Schlaf bezeichnet. Nach dem Aufwachen aus dem Ruhezustand würde das Gerät Daten senden und sollte eine gewisse Zeit auf die Antwort des Netzes warten.

eDRX reduziert die Tendenz des Geräts, mit dem Netz zu kommunieren. Ein normales LTE-Gerät hat alle 1,28 Sekunden einen Paging-Zyklus. Bei einem LTE-M-Gerät hingegen würde dies alle 10,24 Sekunden geschehen. Dies deutet darauf hin, dass ein LTE-M-Gerät im aktiven Zustand weniger Paging-Zyklen hat und somit weniger Strom verbraucht. Der Unterschied zwischen PSM und eDRX besteht darin, dass PSM den Stromverbrauch im Ruhezustand reduziert, während eDRX den Stromverbrauch im aktiven Zustand verringert. Die Kombination dieser Funktionen kann die Batterielebensdauer des Geräts im Idealfall um bis zu 36 Jahre verlängern. Aufgrund von Leckströmen und der Selbstentladung der Batterie ist jedoch mit einer Lebensdauer von etwa 10 Jahren zu rechnen.

Die niedrigen Kosten der Geräte sind ein weiterer wichtiger Faktor, den wir bei der Entscheidung für eine geeignete communication-Technologie für unsere IoT- und M2M-Anwendung berücksichtigen. Um dieser Herausforderung zu begegnen, hat 3GPP Release 12 veröffentlicht. In Release 12 wurden wichtige Funktionen zur Kostensenkung und Optimierung eingeführt. Zunächst wurde Halbduplex-FDD im Vergleich zu Vollduplex-FDD von LTE ermöglicht, wodurch die Verwendung von Duplexfiltern entfiel. Außerdem wurde die Bandbreite auf 1,4 MHz reduziert und eine niedrige Bitrate eingeführt, wodurch die Komplexität des Geräts verringert wurde. Darüber hinaus wurde mit dem Release 13 oder LTE-M ein schmalbandigeres HF-Design zusammen mit einer niedrigen Sendeleistung unterstützt. Diese Faktoren führten zu kostengünstigeren und wettbewerbsfähigen Geräten, die LTE-M nutzen.

Eine weitere Herausforderung sind die Kosten für die Einführung von LTE-M und die Erreichung einer vollständigen Abdeckung. Um die Kosten für die Bereitstellung zu überwinden, würde ein LTE-M-Gerät in eine bestehende LTE-Infrastruktur integriert, und um die Abdeckung zu erhöhen, bietet LTE-M ein zusätzliches Link-Budget von 15 dB, um die Abdeckung zu erhöhen. Dieses zusätzliche Link-Budget erhöht die Flächendeckung um das Siebenfache.

LTE-M-Abdeckungskarte

Die LTE-M-Abdeckungskarte ist ein praktisches Tool, das von verschiedenen LTE-M-Anbietern bereitgestellt wird, um die LTE-M-Nutzung im IoT-Bereich zu popularisieren. Eine Abdeckungskarte hilft den Nutzern, die LTE-M-Unterstützung in einer Region zu bestimmen. Einige der beliebtesten Anbieter sind Velos, Verizon, AT&T und EMnify. (Eine solche Karte der mobilen IoT-Bereitstellung, die von der GSMA bereitgestellt wird, ist unten abgebildet)

LTE-M vs. NB-IoT

LTE-M und NB-IoT sind beides LPWAN-Schmalband-Kommelekommunikationstechnologien. Beide basieren auf der Mobilfunktechnologie. LTE-M ist Teil von Release 13, während NB-IoT Teil von Release 14 des 3GPP ist. Beide Technologien nutzen also ein lizenziertes Spektrum für den Betrieb. LTE-M hat im Vergleich zu NB-IoT eine gute Abdeckung, da es die bestehende 4G-Mobilfunkinfrastruktur nutzt. In Bezug auf die Latenzzeit und die Datenraten ist LTE-M im Vergleich zu NB-IoT die beste Lösung. Die Datenraten von LTE-M liegen zwischen 384 kbit/s und 1 Mbit/s, während die Datenraten von NB-IoT weniger als 250 kbit/s betragen. Allerdings ist NB-IoT im Vergleich zu LTE-M gut gegen Störungen geschützt. Außerdem haben sowohl LTE-M als auch NB-IoT im Vergleich zu anderen LPWAN-Technologien eine gute Abdeckung und Leistung in Gebäuden.

LTE-M ist im Vergleich zu NB-IoT die beste Lösung, wenn Ihre Anwendung hohe Mobilitätsanforderungen stellt. LTE-M nutzt die von der LTE-Mobilfunktechnologie bereitgestellte Handover-Fähigkeit, vorausgesetzt, es gibt eine Abdeckung in jedem Gebiet. Außerdem verwendet LTE-M einen IP-basierten communication Stack, während NB-IoT einen nachrichtenbasierten communication Stack verwendet. Ein weiteres interessantes Merkmal neben den hohen Mobilitätsfähigkeiten ist die Voice over LTE (VoLTE)-Fähigkeit von LTE-M. Diese ist in NB-IoT nicht vorhanden.

Schließlich ist LTE-M eine geeignete Alternative für Geräte, deren Firmware und Software im Laufe ihres Lebenszyklus häufiger aktualisiert werden müssen. LTE-M unterstützt auch das Roaming über Netze hinweg und erfreut sich derzeit in der nordamerikanischen Region größerer Beliebtheit als NB-IoT, das in Europa und Asien beliebt ist.

Vorteile von LTE-M

Sehen wir uns einige der möglichen Anwendungen von LTE-M im LPWAN IoT- und M2M-Bereich an. Zuvor lohnt es sich, die wichtigsten Vorteile von LTE-M wie folgt zu beschreiben:

• Lange Akkulaufzeit: Dies wird durch PSM und eDRX ermöglicht.
• Kostengünstigere Geräte: LTE-M bietet kostengünstige Geräte mit den attraktiven Merkmalen von LTE
• Verbesserte Abdeckung: LTE-M bietet eine bessere Abdeckung als NB-IoT, da ein zusätzliches Link-Budget zur Verfügung steht.
• Unterstützt große Mengen von Geräten: Durch Optimierungen und Änderungen im Kernnetz des zellularen LTE-Netzes kann LTE-M eine große Anzahl von Geräten gleichzeitig unterstützen.
• Hoher Datendurchsatz und Zukunftssicherheit: Dank des hohen Datendurchsatzes kann LTE-M Software- und Firmware-Updates unterstützen, ohne die Batterie zu entladen. Dadurch erhöht sich die Lebenserwartung des Geräts.

LTE-M ist eine attraktive Lösung, wenn hohe Mobilitätsanforderungen bestehen, wie bei der Verfolgung von Vermögenswerten und Tieren über WAN. Da es viele Geräte unterstützen kann, wird es auch häufig in Smart-City-Anwendungen eingesetzt. Darüber hinaus ist es aufgrund seiner Roaming-Fähigkeit eine der besten Lösungen für Automobil- und Logistikanwendungen. Dazu gehören Flottenmanagement und Routenoptimierung. Da es Daten in einem bestimmten Intervall überträgt und PSM nutzen würde, wird es auch häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine niedrige Frequenz der Datenübertragung erfordern, z. B. bei intelligenten Zählern.

Zukunft und Triebkräfte von LTE-M

Die Einführung von LTE-M wird vorangetrieben durch

• Niedrige Kosten und geringe Bereitstellungskosten: Da LTE-M im Vergleich zu neuen Mobilfunktechnologien wie 5GLTE-M ist eine sehr ansprechende Lösung.
• In Bezug auf Abdeckung und Energieeffizienz bietet LTE-M eine gute Leistung und ist ein guter Kompromiss zwischen diesen beiden Aspekten.
• LTE-M bietet im Vergleich zu modernen Technologien wie 5G nur eine minimale Sprachunterstützung und Datenrate.

Diese Faktoren und der wettbewerbsintensive Markt machen LTE-M zu einer besseren LPWAN IoT- und M2M-Lösung.

Schlussfolgerung

LTE-M ist die ideale Lösung für Ihre LPWAN-Anwendung, wenn Sie hohe Mobilitätsanforderungen bei niedrigen Gerätekosten und geringen Bereitstellungskosten haben. Es sollte auch beachtet werden, dass es große Mengen an Geräten unterstützen kann, was für größere Einsätze entscheidend ist. Abschließend lässt sich sagen, dass LTE-M die bessere Lösung auf dem wettbewerbsintensiven IoT-Markt ist.