In den meisten Ländern wurde bereits die Abschaltung von 2G und 3G eingeleitet. Damit ist LTE-M in einer hervorragenden Position, um sich als die am besten geeignete LPWA-Technologie für das Internet der Dinge zu etablieren. Angesichts der NB-IoT-Beschränkungen wächst die Nachfrage nach LTE Cat 1bis in der Region APAC und der EU.

Paradoxerweise wurde jedoch gerade in diesen Gebieten zunächst NB-IoT eingesetzt. Wie sich später herausstellte, nutzten die meisten mobilen Applikationen für das IoT nach Möglichkeit weiterhin das alte 2G/3G-Netz, um eine stabile Verbindung, Mobilität und Roaming zu gewährleisten. Die einzige Ausnahme war China, wo entsprechende Vorschriften die Migration vorantrieben.

Vergleicht man LTE-M und LTE Cat 1bis, so zeichnet sich LTE-M durch mehrere Eigenschaften aus, die es für die meisten Anwendungsfälle zur offensichtlichen Wahl für IoT-Applikationen machen. Hierzu zählen unter anderem:

• Stromverbrauch: LTE-M unterstützt stromsparende Modi wie PSM und eDRX. Dadurch wird eine längere Batterielebensdauer gewährleistet.
• Link-Budget: LTE-M hat einen MCL (Maximum Coupling Loss) von -154 dBm gegenüber -149 dBm bei LTE Cat 1. LTE Cat 1bis verliert im Vergleich zu Cat 1 zusätzlich 3–4 dB durch den Ausfall der RX-Diversity-Antenne. Dies bedeutet, dass der MCL von LTE Cat 1bis 8–9 dBm schlechter ist als der von LTE-M. Der höhere MCL-Wert von LTE-M sorgt für eine bessere Leistung, damit Verbindungen unter schlechten Signalbedingungen, wie in schwierigen städtischen Umgebungen, Garagen oder am Edge der Zelle, aktiv bleiben. Darüber hinaus ist LTE-M die robustere Lösung für Applikationen, die über einen längeren Zeitraum im Feld eingesetzt werden und bei denen sich die Bedingungen im Netzwerk ändern können.
• Gesamtkosten der Lösung: Eine LTE-M-Applikation kostet die Hälfte dessen, was eine gleichwertige Applikation auf Basis von LTE Cat 1 kosten würde; LTE Cat 1bis verringert diesen Abstand, und in einigen Situationen ist der Unterschied sogar unbedeutend.
• 5G-Kompatibilität: Die Standards LTE-M und NB-IoT sind bereits unter dem Dach von 5G. 5G-Netzwerke werden sie in Zukunft unterstützen. Dadurch sind sie zukunftssicher. Dies gilt nicht für LTE Cat 1 und 1bis, da sie zusammen mit den 4G-Netzwerken verschwinden werden.

LTE Cat 1bis übertrifft LTE-M bei Eigenschaften wie Latenz und Datenrate, aber die meisten Anwendungsfälle erfordern diese Eigenschaften im Bereich von mehreren Mbit/s nicht.

LTE-M erfüllt die Anforderungen der meisten IoT-Anwendungen, die bisher mit 2G- und 3G-Technologien betrieben wurden: mittlere Bandbreite, geringe Leistungsaufnahme und niedrige Kosten, um nur einige davon zu nennen. Außerdem verbessert es den MCL, was eine tiefe Durchdringung von Gebäuden ermöglicht.

Warum sollte man LTE Cat 1bis jetzt als LPWA-Alternative in Betracht ziehen? Welche Faktoren könnten IoT-Entwickler dazu bewegen, über LTE Cat 1bis als LPWA-Option nachzudenken? Um diese Fragen zu beantworten, müssen wir den spezifischen Anwendungsfall, den Preisunterschied und den Status des weltweiten LPWA-Einsatzes berücksichtigen. Bei der Wahl der richtigen Kommunikationstechnologie sind vier Überlegungen zu berücksichtigen. Die folgende kurze Liste fasst sie zusammen, ist aber keineswegs erschöpfend:

• Die übertragene Datenmenge und die Auswirkungen auf die Batterie
• Netzabdeckung und -verfügbarkeit
• Lebensdauer des Dienstes
• Größe der Bauteile

Die übertragene Datenmenge und die Auswirkungen auf die Batterie

LTE-M eignet sich perfekt für IoT-Applikationen, die niedrige und mittlere Datenraten benötigen, da es 375 kb im Downlink und 1 Mb im Uplink, ein vereinfachtes Modulationsschema und einen verbesserten MCL bietet. Die energieeffizienten Modi eDRX und PSM sorgen für eine längere Lebensdauer der Batterien, die LTE Cat 1/1bis nicht bieten kann.

Gleichzeitig ist zu bedenken, dass andere IoT-Applikationen wie Videoüberwachung, Alarmsysteme mit Video oder eHealth ein erhebliches Datenvolumen erzeugen. Diese Anwendungsfälle könnten die Bandbreite von LTE Cat 1bis nutzen.

Mit mehr Bandbreite können Bauteile Daten schneller übertragen. Das bedeutet eine kürzere Übertragungsdauer und folglich einen geringeren Energieverbrauch. Je nach Datenmenge führt eine schnellere Transmission zu einer kürzeren Übertragungszeit und damit zu einem besseren Wirkungsgrad. Dies ist jedoch nur möglich, wenn die verfügbare Bandbreite im Vergleich zum Datenvolumen begrenzt ist.

Für Applikationen, die nicht auf eine Batterie angewiesen sind oder einfach/häufig über einen Stecker betrieben werden können, kann der höhere Stromverbrauch von LTE Cat 1bis akzeptabel sein. Ein geringerer Preisunterschied und höhere Datenraten könnten gute Gründe dafür sein, LTE Cat 1bis gegenüber LTE-M zu bevorzugen.

Netzabdeckung

Die weltweite Verfügbarkeit von 2G- und 3G-Technologien geht zu Ende, da die Standards für Mobilfunknetze in mehreren Ländern auslaufen. Die fehlende Koordinierung des LPWA-Einsatzes hat zu einer ungewöhnlichen weltweiten Situation geführt. APAC und die meisten osteuropäischen Länder haben nur eine NB-IoT-Abdeckung, während Nord- und Südamerika, Australien und einige europäische Länder sowohl NB-IoT als auch LTE-M haben. In diesen Ländern gibt es jedoch einige Hindernisse bei der Abdeckung. 4G LTE ist in den meisten afrikanischen Ländern vorhanden, in denen weder NB-IoT noch LTE-M eingeführt wurde. Die Ausnahme ist Südafrika, wo NB-IoT derzeit aktiv ist.

Die Einführung von zwei Standards, zunächst NB-IoT und später LTE-M, macht die Situation in Westeuropa schwierig. Als Beispiel hierfür kann Italien dienen, obwohl dies auch auf andere westeuropäische Länder zutrifft. Die italienischen Mobilfunknetzbetreiber haben, wie die meisten europäischen Mobilfunknetzbetreiber, zunächst NB-IoT eingeführt. In jüngster Zeit hat Vodafone Italien jedoch die Unterstützung von LTE-M eingeführt (2022). Das bedeutet nicht unbedingt, dass LTE-M überall verfügbar ist, zumal die NB-IoT-Abdeckung nicht flächendeckend ist. Selbst wenn LTE-M verfügbar ist, gibt es in Italien keine flächendeckende Versorgung, und es ist ungewiss, wann dies der Fall sein wird.

Beispiele wie dieses könnten IoT-Entwickler dazu bringen, LTE Cat 1bis als gültige LPWA-Option in Erwägung zu ziehen. Denn selbst wenn sie sich heute auf 2G verlassen können, ist unklar, ob dessen Funktionsumfang über das Jahr 2025 hinaus erhalten bleibt.

Lebensdauer des Dienstes

Ein wesentlicher Vorteil von LTE-M gegenüber LTE Cat 1 und 1bis besteht darin, dass LTE-M zu den 5G-Spezifikationen gehört. Die Vorwärtskompatibilität von LTE-M mit 5G-Netzwerken bedeutet, dass einige IoT-Applikationen über Jahre hinweg im Einsatz bleiben könnten. Sie könnten aus der Ferne oder an Orten ohne einfachen Zugang (wie interne Zähler) eingesetzt werden. Für diese Anwendungsfälle ist LTE-M die einzige zukunftssichere Wahl. Die Unterstützung für LTE Cat 1bis wird hingegen so lange bestehen bleiben, wie das 4G-Netzwerk vorhanden ist (mindestens bis 2030).

LTE Cat 1bis ist eine gute LPWA-Alternative, um die Verbindungsfähigkeit in den nächsten Jahren sicherzustellen. IoT-Entwickler sollten es für Applikationen mit kurzer oder mittlerer Lebensdauer (im Vergleich zum Auslaufen des 4G-Netzwerks) und einem geringeren Preisgefälle in Betracht ziehen. Es ist allerdings ratsam, für zukünftige Designs ein Augenmerk auf LTE-M zu legen und auf dessen vollständige Einführung zu warten. LTE Cat 1bis ist die einzige Wahl für mobile Applikationen in Ländern mit unterschiedlichen LPWA-Technologien (z. B. zwischen West- und Osteuropa).

Größe der Bauteile

Für Entwickler ist es schwierig, Lösungen für einige Anwendungsfälle zu finden, selbst wenn man die aktuelle Miniaturisierung von elektronischen Bauteilen berücksichtigt. Diese Problematik betrifft eher LTE Cat 1 als LTE-M, da es RX-Diversity unterstützt und ein Design mit zwei Antennen benötigt. LTE Cat 1 eignet sich zum Beispiel gut für Wearables. Denn LTE Cat 1 bietet eine gute Balance zwischen ausreichender Bandbreite, Abdeckung und Stromverbrauch – genau das, was diese Geräte fordern.

Die Tatsache, dass Entwickler kleine Lösungen anstreben, führt dazu, dass sie gezwungen sind, ein Gleichgewicht zwischen Betriebsverhalten und Größe zu finden. Daher verzichten sie oft auf die Implementierung einer RX-Diversity-Leitung und entfernen die zweite Antenne aus dem Design.

Durch die vereinfachte Antenne, die kürzere Stückliste und die bessere Erschwinglichkeit (im Vergleich zu LTE Cat 1) kann LTE Cat 1bis auch LTE Cat 1 ersetzen. Dies gilt insbesondere für Applikationen mit Größenbeschränkungen und besserer Kostenstruktur, die dennoch ein ähnliches Betriebsverhalten aufweisen.

Bauteile-Unterstützung

Das LTE-M Produkt-Portfolio von u-blox basiert auf der ersten zertifizierten LTE-M Modul-Baureihe, SARA-R4. Darauf aufbauend wurde der LTE-M Chipsatz UBX-R5 entwickelt. Dieser Chipsatz wurde als Grundlage für die Produktfamilie SARA-R5 secure von u-blox verwendet, in die auch ein Sicherheitselement eingebettet ist.

Für LTE Cat 1 bietet u-blox die Module LARA-R6, die volle Rx-Diversity unterstützen, sowie die Baureihe LENA-R8 für LTE Cat 1bis. LENA-R8 ist auch als Kombimodul erhältlich: LTE Cat 1bis + GNSS-Variante. Der GNSS Core ist die neue M10-GNSS-Plattform. Das LENA-R8 Kombimodul (LENA-R8M10) verfügt über zwei Stromversorgungen.

Fazit

LTE Cat 1bis ist keine Konkurrenz, sondern eher eine Ergänzung zu LTE-M innerhalb des zellularen LPWA-Ökosystems. In Regionen, in denen das LTE-M-Netzwerk aufgebaut ist, kann es die meisten IoT Anwendungen abdecken. Dies gilt jedoch nicht für Fälle, die eine höhere Bandbreite/Geschwindigkeit erfordern, wo LTE Cat1bis oder sogar LTE Cat 1/Cat 4 die bessere Lösung darstellen.