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1-2019

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Grundlagen LTE Cat M1

Grundlagen LTE Cat M1 MMTC (Massive Machine-Type Communication) LTE Cat M1 und seine Möglichkeiten nach u-blox.com Dies ist wie NB-IoT eine LPN/LPWA/ LPWAN-Technologie für IoT-Anwendungen. LTE Cat M1 ist eine neue Mobilfunktechnologie, die auch auf M2M- Kommunikation (Machine-to-Machine) ausgerichtet sein kann, bei denen mittlere Datenraten erreicht werden sollen (375 kbit/s Upload- und Download im Halbduplex). Es ermöglicht längere Batterielebenszyklen und größere Reichweite in Gebäuden gegenüber Standard-Mobilfunktechnologien. Wichtige Funktionen: • Unterstützung von Sprachfunktionalität über VoLTE • volle Mobilität und Handover im Fahrzeug • niedriger Energieverbrauch • hohe Reichweite in Gebäuden LTN (Low Throughput Network) MTC über das 5G-Netz „Bei Massive Machine-Type Communication geht es um Dienste, die eine hohe Anschlussdichte benötigen. Diese kann bei einer Million pro Quadratkilometer liegen. Typische Beispiele hierfür sind Smart Cities, Smart Homes, Smart Agricultures, Logistik, Flottenmanagement und Wasserversorgung. MMTC-Dienste dienen der Weiterentwicklung der digitalen Gesellschaft und der Forderung nach neuen leistungsfähigen Diensten. Geht es bei der Maschinenkommunikation um eine große Anzahl an Low-Costund Low-Energy-Geräte und um große Datenmengen, so geht es bei der Critical Machine-Type Communication (CMTC), der Mission-Critical Machine-Type Communication oder der Ultra-Reliable Machine- Type Communication (UMTC) um extrem kurze Latenzzeiten für die Echtzeitsteuerung von Maschinen, um hohe Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit und um Ende-zu- Ende-Latenzen im Millisekundenbereich.“ (itwissen.info) MSO (Multi-System Operator) geringen Energieverbrauch aus. Die in diesem Kontext benutzten Netzwerkkonzepte sind Low Power WANs (LPWANs) und Long Range WANs (LoRaWANs). NB- IoT ist auch bekannt unter der Bezeichnung LTE Cat NB1. Der Fokus von NB-IoT liegt auf Inhouse- Anwendungen mit kostengünstigen Komponenten mit geringstem Stromverbrauch. Die Technik kann in Mobilfunksysteme eingebettet werden. So können die Funkwellen Gebäude besser durchdringen. Die Übertragungstechnik von NB-IoT arbeitet im Duplex bidirektional. NB-IoT kann in Smart Cities, Smart Homes, Smart Grids und in vielen weiteren Anwendungen eingesetzt werden. In der Smart City kann es den Stadtbewohnern Informationen über die Infrastruktur liefern, das Verkehrsmanagement unterstützen, die Parkplatzsucher erleichtern und zur Energieeinsparung bei der öffentlichen Beleuchtung beitragen. Im Smart Home geht es um die Optimierung der Energiekosten in die die Haushaltsgeräte und Beleuchtungen eingebunden sind, um Alarmanlagen und Überwachungskameras, und beim Smart Grid um die Kontrolle und Steuerung der Energie. RED (Radio Equipment Directive) LTN-Möglichkeiten nach ETSI Machine-to-Machine-Kommunikation und das Internet of Things (IoT) bedeutet die direkte oder indirekte Verbindung von potentiell Millionen und Milliarden Objekten bei sehr niedrigem Datendurchsatz. Entsprechende Netzwerke haben geringe Kosten, erlauben neue Applikationen und weisen sehr geringe elektromagnetische Störungen auf. Ein Beispiel ist ETSI GS LTN, weitere heißen LoRaWAN, Weightless und RPMA (Random Phase Multiple Access). Kabel-MSO nach indiabizclub.com Ein Multisystembetreiber betreibt in der Regel verschiedene Kabel-TV-Systeme. Neue Techniken, wie etwa Carrier-Grade- WiFi, fordern auch ihn heraus. NB-IoT Narrow Band IoT ist eine LPN/LPWA/ LPWAN-Funktechnologie zur Übertragung kleiner Datenmengen mit geringer Geschwindigkeit und zeichnet sich durch Das ist die neue europäische Funkanlagen-Richtlinie. Damit reagierte die EU auf die erwartete stetige Zunahme drahtloser Geräte unterschiedlichster Art, die sich das begrenzte HF-Spektrum teilen müssen, flankierend gibt es einen RED-Guide und TGNs zur Unterstützung der Anwender 44 hf-praxis 1/2019

Grundlagen RPMA, siehe LTN Sigfox URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communication) die technischen Spezifikationen für Mobilfunknetze der 3. Generation voranzutreiben einschließlich LTE. NB-IoT und LTE CAT- M1 werden durch die 3GPP-Standards in Release 13 näher beschrieben. ist ein französisches Telekommunikationsunternehmen, das ein eigenes, globales Funknetzwerk aufbaut, um Objekte mit geringem Energiebedarf drahtlos mit dem Internet zu verbinden. Dazu gehören beispielsweise Stromzähler, Smartwatches, Heizungen und Waschmaschinen, aber auch Anwendungen im Bereich Landwirtschaft, Medizintechnik und Fertigungsindustrie. Die Geräte senden in festgelegten Intervallen kleine Datenmengen bzw. Nachrichten an eine Basisstation, die diese dann in eine Datenbank des jeweiligen Empfängers weitergibt. Die Technologie bietet damit eine Basis für das IoT. Das Sigfox-Funkmodul für ein Endgerät soll bei der Abnahme von mindestens 50.000 Modulen einen US- Dollar kosten, die Verbindung des Gerätes ins Sigfox-Netz einen weiteren US-Dollar pro Jahr. Die Basisstationen können im Gegensatz zu Mobilfunk-Basisstationen bis zu einer Million Objekte verwalten, wobei ein Tausendstel der Energie der Standard- Mobilfunksysteme benötigt wird. Sigfox- Geräte können laut eigener Aussage bis zu 20 Jahre lang mit lediglich zwei AA- Batterien arbeiten. Die Geräte nutzen dazu geringe Datenraten, können maximal zwölf Bytes pro Nachricht aber nicht mehr als 140 Nachrichten pro Gerät und Tag verschicken. Mit zwölf Bytes kann eine Zahl zwischen 1 und 7,9E1028 (79 Quadrilliarden) dargestellt werden. TGN Technical Guidance Notes, technische Leitlinien, speziell für die Umsetzung und Anwendung der RED von der EU herausgegeben URLLC-Darstellung nach semanticscholar.org Die Ultra-Reliable (and) Low-Latency Communication bietet Dienste mit geringer Latenzzeit bei 1 ms. Das sind Dienste, die kürzeste Antwortzeiten und praktisch keinen Ausfall haben dürfen, so wie z. B. automatische Fahrassistenten, die Kraftfahrzeuge steuern, oder für die Fernwartung von Anlagen. 3GPP (Third Generation Partnership Project) Das 3GPP ist eine Standardisierungsinitiative von verschiedenen regionalen Standardisierungs-Organisationen aus Europa, den USA und Asien. Ziel von 3GPP ist es, 5G Der Mobilfunkstandard 5G wird auch Echtzeit-Internet genannt, weil er eine Standleitung ins Netz ermöglichen wird – ohne Ladezeiten und Verzögerungen: 5G verspricht extrem hohe Download-Geschwindigkeiten von bis zu 10 Gbit/s und eine Latenzzeit (Zeitspanne, die ein Datenpaket vom Sender zum Empfänger braucht) von unter einer Millisekunde. 5G wird zehnmal so schnell sein wie der aktuelle 4G-Standard. Für 5G hat die ITU drei Dienstkategorien festgelegt: Enhanced Mobile Broadband (EMBB), Ultra Reliable Low Latency Communications (URLLC) und Massive Machine-Type Communications (MMTC). 5G-Möglichkeiten und Eigenschaften nach Rhode&Schwarz 5G CGW siehe Carrier-Grade WiFi LTE Cat M1 und NB-IoT im Parameter-Vergleich Kennzeichen LTE Cat M1 NB-IoT Einsatz Inband LTE Inband LTE, LTE Guard Bands, Standalone Downlink-Modulation OFDMA, 16 QAM OFDMA Downlink-Datenrate bis 1 Mbit/s 250 kbit/s Uplink-Modulation SC-FDMA, 16 QAM SC-FDMA Uplink-Datenrate bis 1 Mbit/s 250 kbps (multitone), 20 kbps (singletone) Bandbreite 1,08 MHz 180 kHz Duplex-Technologie Full Duplex, Half Duplex, FDD & TDD Half Duplex und FDD Latenzzeit 10...15 ms 1,6...10 s Link-Budget 155,7 dB 164 dB Leistungsklasse 23 dBm, 20 dBm 23 dBm, 20 dBm hf-praxis 1/2019 45

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