LTE-M ermöglicht IoT-Vernetzung mit besonderen Anforderungen

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Datum 25.03.2021
Lesezeit 7 Min.

LTE-M ermöglicht IoT-Vernetzung mit besonderen Anforderungen

Der LTE-M-Standard ist zusammen mit Narrowband-IoT eine der Schlüsseltechnologien bei der Maschinenkommunikation und der intelligenten, mobilen Gerätevernetzung. Er schließt die Lücke zwischen winzigen Datenmengen in der Schmalband-Verbindung („Narrowband”) und bandbreitenintensiven 5G-Anwendungen und ist sogar voice-fähig.

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„Mit LTE-M bauen wir das Sprachrohr für Menschen und Maschinen im Internet der Dinge”, so Vodafone Deutschland-Chef Hannes Ametsreiter. Im Gegensatz zu anderen Vernetzungsarten ermöglicht LTE-M nicht nur Datenaustausch, sondern auch Telefonieanwendungen. 

Der Begriff „LTE” für „Long-Term Evolution” ist dabei schon länger aus dem Mobilfunk bekannt. Der Übertragungsstandard basiert auf UMTS- und HSPA-Technologie und ermöglicht hohe Datenübertragungsraten für die tägliche Anwendung auf mobilen Geräten wie Smartphones und Tablets, sofern diese nicht bereits das 5G-Netz nutzen.

Bei LTE-M wird LTE um spezielle Mechanismen für die IoT-Gerätevernetzung erweitert und auf diese ausgerichtet. Der Standard weist einige Unterschiede zu Narrowband-IoT und 4G beziehungsweise 5G auf. Welche genau das sind und für welche Anwendungszwecke LTE-M besonders geeignet ist, erfahren Sie im Folgenden.

 

LTE-M: Erweiterte IoT-Kommunikation im LTE-Netz

Die Abkürzung „LTE-M” steht laut GSMA (weltweiter Industrieverband der GSM-Mobilfunkanbieter) wörtlich für „Long Term Evolution Machine Type Communication”. Insofern müsste streng genommen von „LTE-MTC” oder „mMTC” die Rede sein. Der Standard für Maschinenkommunikation und IoT-Gerätevernetzung wurde vom 3GPP-Konsortium entwickelt, das auch für die Standardisierung anderer Mobilfunktechnologien wie UMTS und 5G verantwortlich ist. Es handelt sich um einen LPWA-Standard (Low Power Wide Area Networks), der genau wie Narrowband-IoT mit geringen Anforderungen an Stromverbrauch über weite Distanzen hinweg Daten überträgt. 

Während Narrowband-IoT ideal zur Vernetzung einer Vielzahl von Geräten an entlegenen Standorten und vergleichsweise geringe Datenmengen gedacht ist, können mit LTE-M besondere Anwendungsfelder, auch mit größeren Datenmengen, erschlossen werden. Hierzu zählen vor allem Szenarien, in denen sich Objekte bewegen und gleichzeitig Daten- oder Sprachinformationen übertragen sollen.

 

LTE-M bietet eine größere Bandbreite als Narrowband-IoT

Genau wie Narrowband-IoT („LTE Cat-NB1/NB2”) funkt auch LTE-M („LTE Cat-M1/M2” oder „LTE-MTC”) im vorhandenen LTE-Netz. Jedoch gibt es Unterschiede bei der möglichen Bandbreite. Diese liegt bei Narrowband-IoT bei „schmalen” 200 Kilohertz, während LTE-M das „gesamte” LTE-Mobilfunknetz nutzt – und eine Bandbreite zwischen 1,4 und 5 Megahertz bietet. 

Darüber hinaus kommt LTE-M mit gerade einmal zehn bis 15 Millisekunden Latenzzeit bei der Datenübertragung aus – bei Narrowband-IoT kann diese Verzögerung zwischen Sender und Empfänger bis zu zehn Sekunden betragen.

 

Schaubild zu Narrowband-IoT und LTE-M aus technischer Sicht

Die Unterschiede zwischen Narrowband-IoT und LTE-M aus technischer Sicht

 

Mit LTE-M sind auch Roaming (Handovers) und Sprachübertragung möglich


Weil LTE-M in der Lage ist, eine laufende Übertragung zwischen Mobilfunkmasten „durchzureichen” (also das sogenannte Handover unterstützt), ermöglicht der Standard in der IoT-Gerätevernetzung sowohl dauerhafte Bewegung des überwachten Guts ohne Verbindungsabbruch als auch Roaming-Anwendungen über Ländergrenzen hinweg.

Außerdem werden wegen der geringen Latenzzeiten und hohen möglichen Datenmengen anders als bei Narrowband-IoT auch Sprachübertragungen (Voice-over-LTE, VoLTE) möglich. Das kann insbesondere bei der Überwachung von Aufzügen und bei anderen Sicherheitsanwendungen einen besonderen Mehrwert darstellen oder gar Voraussetzung sein.

Trotz der höheren möglichen Übertragungsleistung erreichen LTE-M-Geräte je nach Nutzungsintensität und abhängig von weiteren Faktoren trotzdem Batterielaufzeiten von bis zu zehn Jahren. Unter anderem ermöglicht LTE-M den sogenannten Halbduplex-Modus, was niedrige Datenraten (und somit geringen Stromverbrauch) bei bidirektionaler Kommunikation ermöglicht.

 

Mit eDRX und Stromsparmodus zu noch längeren Batterielaufzeiten

Weitere Mechanismen wie „extended DRX” (eDRX, „extended discontinuous reception”) ermöglichen weitere Einsparungen beim Thema Batterie-Lebensdauer. Geräte, die via LTE-M angebunden sind, müssen nicht ständig aus dem Stromsparmodus „aufwachen”, sobald eine Übertragung ansteht. Vielmehr werden eingehende Übertragungen gebündelt, sodass die aktive Zeit des Geräts optimal genutzt wird. Diese Verzögerungszeit kann am Gerät zwischen etwa 320 Millisekunden und 43 Minuten eingestellt werden, ohne dass Daten verloren gehen.

Ein besonders ausgeklügelter Stromsparmodus (PSM) sorgt darüber hinaus dafür, dass in der Praxis gerade bei nur gelegentlicher Nutzung der Übertragungskanäle viel Energie gespart wird. 

Auf mittelfristige Sicht ist davon auszugehen, dass LTE-M die inzwischen älteren Mobilfunk-Technologien GPRS, EDGE und UMTS ersetzen wird.

Noch mehr zur Funktionsweise und den Unterschieden zwischen den beiden gängigsten IoT-Standards Narrowband-IoT und LTE-M erfahren Sie auch auf unserer Produkt-Übersichtsseite. Hier können Sie außerdem einen NB-IoT-Verfügbarkeits-Check für Ihren Standort durchführen und weitere Informationen zur Realisierung geplanter Projekte einholen.

 

Lkw mit Containern und Schiffen am Hafen

Mit LTE-M gelingt die Fernüberwachung beweglicher Güter noch besser als zuvor.

 

Diese Vorteile bietet LTE-M gegenüber NB-IoT, 4G und 5G

LTE-M stellt also eine weitere Möglichkeit dar, zusammen mit Narrowband-IoT, 4G und 5G, das noch nicht überall flächendeckend verfügbar ist, IoT-Gerätevernetzung auf jeden denkbaren Bedarf zuzuschneiden. Unsere Entscheidungshilfe soll Sie dabei unterstützen, die richtige Technologie für Ihren Anwendungsfall zu finden:

Die Vorteile von LTE-M gegenüber NB-IoT

LTE-M nutzt ein anderes Frequenzband als Narrowband-IoT und kann größere Datenpakete schneller übertragen. Dadurch entsteht eine Reihe von Vorteilen wie:

  • Höhere Datenübertragungsraten
  • Höhere Mobilität, einschließlich Roaming-Fähigkeit
  • Voice-Fähigkeit (besonders zur sprachgestützten Asset-Überwachung und für Alarmsysteme interessant)

Demgegenüber verbraucht LTE-M jedoch während der tatsächlichen Übertragung von Daten etwas mehr Strom als NB-IoT, was bei vollkommen autarken Lösungen etwas geringere Batterie-Laufzeiten bedeuten kann. Außerdem sind die Module komplexer aufgebaut und somit teurer in der Anschaffung.

Die Vorteile von LTE-M gegenüber 4G

Gegenüber dem 4G-Netz bietet LTE-M ebenfalls Vorteile:

  • Die Gebäudedurchdringung ist deutlich höher als bei 4G.
  • Die Batterie-Lebensdauer ist wegen eingebauter Stromsparmechanismen ebenfalls höher.

Die Latenzzeiten sind bei LTE-M verglichen mit NB-IoT bereits deutlich geringer. An das 4G-Netz reichen sie dennoch nicht heran. Wo also eine feste Stromversorgung möglich ist und nicht unter schwierigen Bedingungen gefunkt wird, kann „herkömmliches 4G” die bessere Wahl sein. Auch in Sachen Mobilität und Sprache ist das reine 4G-Netz überlegen.

Die Vorteile von LTE-M gegenüber 5G

LTE-M bietet im Vergleich zu 5G einige Vorteile, soll aber später auch hiermit kombiniert werden können. Die Vorteile betreffen insbesondere die Themen: 

  • Gebäudedurchdringung und
  • Batterie-Lebensdauer

Vorteile bei 5G wiederum: Das künftige Echtzeit-Netz und die hier verwendeten Funkfrequenzen, insbesondere im Gigahertz-Bereich, sind vor allem auf extrem geringe Latenzzeiten und hohe Datenraten ausgelegt. 

Insgesamt schließt LTE-M also auf ideale Weise die Lücke zwischen der Vernetzung in besonders schwierigen Umgebungen ohne eigene Stromversorgung und datenintensiven 4G- oder 5G-Anwendungen.

 

Ausklappbare Informationsgrafik

LTE-M punktet vor allem mit einem idealen Kompromiss aus Gebäudedurchdringung und Latenzzeit.

 

Typische Anwendungsbereiche von LTE-M

Welches sind also typische Anwendungsbereiche, in denen LTE-M seine Stärken ausspielt? Gerade dort, wo sich Güter und Maschinen bewegen (sogenannte Tracking-Anwendungen) und wo die Datenübertragung in beide Richtungen stabil laufen muss und/oder Sprachanwendungen eine Rolle spielen, stellt LTE-M häufig einen idealen Kompromiss dar. Das ist beispielsweise der Fall bei:

  • Intelligenter Stromversorgung („Smart Grids”),
  • dem Thema Flottenmanagement (Tracker-Ausrüstung von Fahrzeugen und allgemeines Asset Tracking),
  • der Patientenüberwachung,
  • der Überwachung von sicherheitskritischen Systemen wie Aufzügen oder Seilbahnen,
  • im Bereich von Wearables (Smartwatches und Co.),
  • bei der Überwachung von Immobilien (Objektschutz),
  • sowie allgemein bei der Vernetzung entlegener oder sehr unterschiedlich gelegener Standorte und
  • bei höheren Anforderungen an geringe Latenzzeiten und Datenübertragungsraten verglichen mit Narrowband-IoT.

 

Mit LTE-M gelingt die Fernüberwachung beweglicher Objekte noch besser als zuvor.

 

Welche Anforderung auch immer Sie an die IoT-Gerätevernetzung  mitbringen – wir haben die passende Anbindung dafür. Alles, was Sie brauchen, sind pro Vernetzungsanforderung ein entsprechendes IoT-Gerät, eine LTE-M-(IoT-)SIM-Karte und ein passender Tarif – wie beispielsweise IoT Easy Connect.

Auf unseren Produktseiten zu Narrowband-IoT und LTE-M erfahren Sie noch mehr zu diesem Thema und können sich unverbindlich beraten lassen.

 

LTE-M, NB-IoT, 4G und 5G: Welche Technologie ist für Ihren Fall die Richtige und wie viele Geräte und Sensoren werden Sie vernetzen? Wir sind gespannt auf Ihren Kommentar.

 


Alexander Stati
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