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Was bedeutet 3GPP Release 14 für NB-IoT und LTE-M?

Cell tower

3GPP Release 14 entwickelt LPWA‑Technologien noch einen Schritt weiter und bietet noch weniger Energieverbrauch, höhere Datenraten und bessere Leistung in mobilen Szenarien.  

Es ist etwa zwei Jahre her, seit die 3GPP‑Initiative, die Organisation für die Entwicklung von Standards, welche Mobilfunkstandards definiert, ihre 14. Version eingefroren hat. Das Release enthält eine Reihe von Verbesserungen für NB‑IoT und LTE‑M, zwei Mobilfunktechnologien, die das Mobilfunk‑basierte Internet of Things ermöglichen. Nun, da viele der Funktionen von Mobilfunkbetreibern unterstützt werden, kündigen die Hersteller von Mobilfunkmodulen die erste Generation von Release 14‑konformen, stromsparenden Wide Area Mobilfunkmodems an.

Wie in 3GPP Release 13 definiert, sind NB‑IoT (auch LTE Cat NB1 genannt) und LTE‑M (LTE Cat M1 oder eMTC) optimiert für die Kommunikation kleiner Mengen seltener Daten bei minimalem Stromverbrauch und maximaler Reichweite. Das sind gemeinsame Anforderungen in IoT‑Anwendungen, vom Flottenmanagement und Asset Tracking in der Logistik bis hin zu Smart Parking und Wasser- sowie Gasüberwachung in Smart Cities. Mit 3GPP Release 14 übertragen NB‑IoT und LTE‑M Daten schneller (bei höheren Datenraten) und verbrauchen weniger Strom.

NB‑IoT und LTE‑M Mobilfunkmodems, die alle Funktionen des 3GPP Release 14 erfüllen, können auch als LTE Cat NB2- und LTE Cat M2‑Modems bezeichnet werden.

Hier sind einige der Verbesserungen, die 3GPP Release 14 für LPWA‑Modems mit sich bringt.

Noch weniger Energieverbrauch für NB‑IoT

Vom ersten Tag an wurde NB‑IoT entwickelt, um batteriebetriebene IoT‑Geräte mit bis zu einem Jahrzehnt Konnektivität mit einer einzigen Batterie zu ermöglichen. 3GPP Release 14 führt eine neue, niedrigere Leistungsklasse für NB‑IoT ein. Abgestimmt auf die Anforderungen von Modems, die mit kleinen Batterien betrieben werden, ermöglicht es Geräten, Nachrichten mit einer maximalen Sendeleistung von 14 dBm zu übertragen. Dies führt zu weniger strengen Anforderungen an die externe Batterie, die nicht mehr die hohen Stromspitzen liefern muss, die bei Übertragungen mit 23 dBm typisch sind.

Die neuen Spezifikationen erhöhen auch die Grösse der Transportblöcke. Dies bedeutet, dass Daten in grössere Datenpakete zerlegt werden können, was die Zeit für die Übertragung einer bestimmten Datenmenge reduziert. Eine verkürzte Übertragungszeit führt direkt zu einem gesenkten Stromverbrauch.

Infolgedessen können batteriebetriebene IoT‑Geräte wie Rauchmelder, Smart Meters und andere verteilte Sensoren länger laufen und benötigen weniger Wartung.

Noch bessere Zellenkapazität

Um die Anzahl der IoT‑Geräte zu erhöhen, die innerhalb einer einzelnen Netzwerkzelle betrieben werden können, bietet 3GPP Release 14 Verbesserungen in der Zellenkapazität und der Nutzung von NB‑IoT‑Netzwerk‑Ressourcen durch die sogenannten Funktionen Non‑Ankor Paging und Non‑Ankor Random Access Procedure (RACH). Diese sind äusserst nützlich für Smart Home und Connected Building‑Anwendungen, bei denen die Dichte der IoT‑Geräte in den kommenden Jahren voraussichtlich enorm zunehmen wird.

Höhere Datenraten

Unter Release 14 erhöht LTE‑M die Datenraten deutlich, indem es die Datenpaketgrössen fast verdreifacht. Mit Spitzendatenraten von etwa 4 Mbit/s im Downlink und 7 Mbit/s im Uplink bei einer Bandbreite von 5 MHz wird LTE‑M zu einer interessanten Technologie für ein grösseres Spektrum an Anwendungen, die einen höheren Datendurchsatz oder geringere Latenzzeiten erfordern, wie in Geräten für Smart Cities und die Fernüberwachung.

Verbesserte Mobilität für NB‑IoT

Mit Release 14 wird die RRC‑Verbindung auf NB‑IoT‑Geräten wiederhergestellt, so dass Modems von einer Netzwerkzelle zu einer anderen wechseln können, ohne eine neue Verbindung neu aushandeln zu müssen. Dies ermöglicht nicht nur eine kontinuierliche Kommunikation für mobile Anwendungen, sondern reduziert auch den Daten‑Overhead und damit den Stromverbrauch. 

NB‑IoT wird dann zu einer offensichtlicheren und kostengünstigeren Wahl für die Verfolgung von Assets, die keinen schnellen Austausch von Standortinformationen erfordern (was durch die niedrigeren Datenraten immer noch eingeschränkt wäre). Es ist zum Beispiel ideal für die Verfolgung von Baumaschinen, die sich einige Zeit auf einer bestimmten Baustelle befinden können, bevor sie an einen anderen Standort verlegt werden.

Verbesserte LTE‑basierte Positionierung

Diese Verbesserung ist mit einem Haftungsausschluss verbunden: Während 3GPP Release 14 die erreichbaren Positionierungsgenauigkeiten über die LTE‑M- und NB‑IoT‑Netzwerkinfrastruktur verbessert, ist dies eine Funktion, die vom Mobilfunknetzwerk implementiert werden muss. Nach der Implementierung können Modems jedoch die Positionierungsmethoden Enhanced Cell‑ID (E‑CID) und Observed Time Difference of Arrival (OTDOA) verwenden.

Da die erreichbaren Genauigkeiten von der Konfiguration der nahegelegenen Mobilfunk‑Basisstationen abhängen, liefert diese Erweiterung zuverlässig Positionierungsschätzungen des Kurses. Eine gängige Anwendung ist Asset Tracking.

Ein weiterer Schritt auf dem Weg zu 5G

3GPP Release 14 ist ein weiterer Schritt auf dem Weg zu 5G und ebnet den Weg für Wide Area‑Technologien mit niedrigem Energieverbrauch, die Teil der nächsten Generation der Mobilfunktechnik sein werden. IoT‑Gerätehersteller können dadurch heute schon Produkte auf den Markt bringen, die die Netzwerktechnologien von morgen unterstützen.

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