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Connectivity

LTE-M ermöglicht IoT-Vernetzung mit besonderen Anforderungen

Portrait von Clemens Förster Clemens Förster
14.07.2023
8 Min.

    Maschinen und andere Geräte des Internet of Things (IoT) tauschen immer mehr Daten miteinander aus. Der Mobilfunkstandard LTE-M ist zusammen mit Narrowband IoT eine der Schlüsseltechnologien bei der intelligenten mobilen Vernetzung von Geräten. LTE-M schließt die Lücke zwischen winzigen Datenmengen bei Schmalbandverbindungen („Narrowband“) und bandbreitenintensiven 5G-Anwendungen.

    Das übertragene Datenvolumen im Mobilfunk ist in Deutschland nach Angaben der Bundesnetzagentur im Jahr 2022 auf mehr als 6,7 Millionen Gigabyte gestiegen. Damit hat es sich in den letzten fünf Jahren mehr als verdreifacht. Auch die Datenmengen, die Maschinen untereinander austauschen, steigen von Jahr zu Jahr. Die Übermittlung großer und komplexer Datenmengen erlangt für immer mehr Wirtschaftsbereiche Bedeutung – IoT-Netze finden sich nicht länger nur in der produzierenden Industrie.

    LTE-M nutzt dabei spezielle Mechanismen, um den bekannten Mobilfunkstandard LTE auf die IoT-Gerätevernetzung auszurichten. Der Standard weist einige Unterschiede zu Narrowband IoT und 4G beziehungsweise 5G auf.

    Welche Unterschiede das sind und für welche Anwendungszwecke sich LTE-M besonders eignet, erfahren Sie in diesem Artikel.

    Inhaltsverzeichnis

    Was ist LTE-M?LTE-M bietet eine größere Bandbreite als Narrowband IoTDiese Vorteile bietet LTE-M gegenüber NB-IOT, 4G und 5GTypische Anwendungsbereiche von LTE-MLTE-M: Das Wichtigste in Kürze

    Was ist LTE-M?

    Der Begriff LTE steht für „Long-Term Evolution” und ist schon länger aus dem Mobilfunk bekannt. Der Übertragungsstandard basiert auf der UMTS- und HSPA-Technologie und ermöglicht hohe Datenübertragungsraten für die tägliche Anwendung auf mobilen Geräten wie Smartphones und Tablets, sofern diese nicht das 5G-Netz nutzen.
    Im Gegensatz zu anderen Vernetzungsarten erlaubt LTE-M nicht nur Datenaustausch, sondern auch Telefonieanwendungen. Das „M“ im Zusatz zu LTE steht dabei für „Machine Type Communication“ und hat sich als Bezeichnung für die Kommunikation unter Geräten etabliert – auch wenn es strenggenommen „LTE-MTC“ heißen müsste.
    Der Standard geht auf das 3GPP-Konsortium zurück. Die Bezeichnung steht für „3rd Generation Partnership Project“ und ist ein weltweiter Zusammenschluss von Branchenverbänden und -instituten zur Standardisierung im Mobilfunk. Seit 1998 gehen unter anderem die Standards GSM, UMTS und 5G auf dieses Gremium zurück.
    Bei LTE-M handelt es sich um einen Standard für Low Power Wide Area Networks (LPWA). Das bedeutet, dass er genauso wie Narrowband IoT nur geringe Anforderungen an den Stromverbrauch bei der Übertragung über große Distanzen hinweg stellt. Der enorme Vorteil von LTE-M ist darüber hinaus, dass Netzbetreiber die Technologie innerhalb bereits bestehender LTE-Netze betreiben können, was eine hohe Netzabdeckung garantiert.
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    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) im vorhandenen LTE-Netz. Jedoch gibt es Unterschiede bei der möglichen Bandbreite. Diese liegt bei Narrowband IoT bei geringen 200 Kilohertz, während LTE-M das „gesamte” LTE-Mobilfunknetz nutzt – und damit 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 die Verzögerung zwischen Sender und Empfänger hingegen bei bis zu zehn Sekunden liegen.
    Zwischen beiden Übertragungsstandards besteht zudem ein weiterer wichtiger Unterschied: Narrowband IoT ist für die Vernetzung einer Vielzahl von Geräten an entlegenen Standorten und mit vergleichsweise geringen Datenmengen gedacht. LTE-M hingegen kann besondere Anwendungsfelder auch mit größeren Datenmengen erschließen.
    Dazu zählen beispielsweise Szenarien, in denen sich Objekte bewegen und gleichzeitig Daten- und/oder Sprachinformationen übertragen sollen. Ein Beispiel dafür sind die smarten Geräte und Fahrzeuge in der miteinander verbundenen Infrastruktur einer Smart City.

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

    LTE-M ist in der Lage, eine laufende Übertragung zwischen Mobilfunkmasten „durchzureichen”, also damit das sogenannte „Handover“ zu unterstützen. Dadurch ermöglicht der Standard in der IoT-Gerätevernetzung sowohl dauerhafte Bewegung des überwachten Guts ohne Verbindungsabbruch als auch Roaming-Anwendungen über Ländergrenzen hinweg.
    Außerdem erlaubt LTE-M aufgrund seiner geringen Latenzzeiten und hohen möglichen Datenmengen Sprachübertragungen (Voice-over-LTE, VoLTE). Auch hier sind viele Anwendungsmöglichkeiten in Smart Buildings oder Smart Factorys gegeben: Insbesondere bei der Überwachung von Aufzügen und Sicherheitsanwendungen kann LTE-M somit einen besonderen Mehrwert darstellen oder gar die Voraussetzung für einen sicheren Betrieb sein.
    Ein weiterer wichtiger Aspekt: Trotz der höheren möglichen Übertragungsleistung erreichen LTE-M-Geräte je nach Nutzungsintensität und abhängig von weiteren Faktoren Batterielaufzeiten von bis zu zehn Jahren ohne Batteriewechsel. Unter anderem ermöglicht LTE-M damit den sogenannten Halbduplex-Modus, also das wechselnde Senden und Empfangen von Daten in der Kommunikation mit einer Basisstation. Dies erzeugt niedrige Datenraten (und somit geringen Stromverbrauch) bei der bidirektionalen Kommunikation.

    Mit eDRX und Stromsparmodus zu längeren Batterielaufzeiten

    Weitere Mechanismen wie „extended DRX” (eDRX, „extended discontinuous reception”) ermöglichen weitere Einsparungen bei der Lebensdauer von Batterien. Geräte, die via LTE-M angebunden sind, müssen nicht ständig aus dem Stromsparmodus „aufwachen”, sobald eine Übertragung ansteht. Vielmehr bündelt LTE-M eingehende Übertragungen, sodass die aktive Zeit des Geräts optimal genutzt wird. Diese Verzögerungszeit kann am Gerät je nach Einstellung zwischen etwa 320 Millisekunden und 43 Minuten betragen, ohne dass dabei Daten verloren gehen.
    Ein besonders ausgeklügelter Stromsparmodus (PSM) sorgt darüber hinaus dafür, dass in der Praxis gerade bei nur gelegentlicher Nutzung der Übertragungskanäle wenig Energie verbraucht wird. Auch deshalb ist es wahrscheinlich, dass LTE-M die älteren Mobilfunk-Technologien GPRS, EDGE und UMTS komplett ersetzen wird.
    Mehr zu der 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.
    Ein Mann sitzt mit Tablet im Gewächshaus

    Narrowband-IoT und­ LTE-M:­ Konnektivität im IoT-Umfeld

    Ganz gleich, wo Sie sich aufhalten: Mit Narrowband-IoT und LTE-M gelingt Maschinenkommunikation auch unter schwierigen Bedingungen. Und das bei besonders geringem Stromverbrauch und somit langen Akkulaufzeiten.

    • Narrowband-IoT sorgt für beste M2M-Netzabdeckung
    • Über LTE-M lassen sich auch Sprachdaten übertragen
    • Auch in Kellern oder entlegenen Gebieten einsetzbar
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    Diese Vorteile bietet LTE-M gegenüber NB-IOT, 4G und 5G

    LTE-M stellt also eine weitere Möglichkeit dar, IoT-Gerätevernetzung auf jeden denkbaren Bedarf zuzuschneiden – zusammen mit Narrowband IoT, 4G und 5G, das noch nicht überall flächendeckend verfügbar ist. 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
    • größere Mobilität, einschließlich Roaming-Fähigkeit
    • Voice-Fähigkeit, die besonders zur sprachgestützten Asset-Überwachung und für Alarmsysteme interessant ist
    Demgegenüber verbraucht LTE-M jedoch während der tatsächlichen Übertragung von Daten etwas mehr Strom als NB-IoT, was bei vollkommen autarken Lösungen kürzere Batterielaufzeiten 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:
    • höhere Gebäudedurchdringung als bei 4G
    • größere Batterielebensdauer wegen eingebauter Stromsparmechanismen
    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 4G die bessere Wahl sein. Auch in Sachen Mobilität und Sprache ist das 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
    • Batterielebensdauer
    Die Vorteile bei 5G sind hingegen: Das künftige Echtzeitnetz und die hier verwendeten Funkfrequenzen, insbesondere im Gigahertzbereich, sind vor allem auf extrem kurze 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.
    Infografik LTE-M, NB-IoT, 4G und 5G im Vergleich
    Infografik LTE-M, NB-IoT, 4G und 5G im Vergleich

    Typische Anwendungsbereiche von LTE-M

    Wo liegen also typische Anwendungsbereiche, in denen LTE-M seine Stärken ausspielt? Vor allem dort, wo sich Güter und Maschinen bewegen, in sogenannten Tracking-Anwendungen, spielt LTE-M seine Stärken aus. Auch in Bereichen, in denen 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 (sogenannter „Smart Grids”),
    • beim Flottenmanagement (Tracker-Ausrüstung von Fahrzeugen und allgemeines Asset Tracking),
    • bei der Patientenüberwachung,
    • bei der Überwachung von sicherheitskritischen Systemen wie Aufzügen oder Seilbahnen,
    • im Bereich von Wearables (Smartwatches und Co.),
    • bei der Überwachung von Immobilien (Objektschutz),
    • allgemein bei der Vernetzung entlegener oder sehr unterschiedlich gelegener Standorte und
    • bei höheren Anforderungen an geringe Latenzzeiten und Datenübertragungsraten verglichen mit Narrowband IoT.
    LTE-M kann beispielsweise die Telemetriedaten von Offshore-Windparks effektiv an eine zentrale Stelle übermitteln.
    Welche Anforderung auch immer Sie an die IoT-Gerätevernetzung stellen – Vodafone hat 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: Das Wichtigste in Kürze

    • LTE-M steht für „Long Term Evolution Machine Type Communication“ und ist ein Mobilfunkstandard auf Basis von UMTS und HSPA, der besonders hohe Datenübertragungsraten ermöglicht.
    • Der Mobilfunkstandard eignet sich besonders für die Kommunikation von Maschinen und IoT-Geräten. LTE-M verbraucht wenig Strom und kann Daten genau wie Narrowband IoT über große Distanzen hinweg übertragen, ist dabei allerdings wesentlich schneller.
    • Im Gegensatz zu Narrowband IoT kann LTE-M zudem größere Datenmengen zwischen beweglichen Objekten transportieren und Sprachinformationen enthalten.
    • Anwendungsmöglichkeiten liegen beispielsweise in den Objekten von Smart Cities und dessen Gebäuden, intelligenten Stromnetzen („Smart Grids“), dem Gebäudemanagement sowie der Vernetzung von unterschiedlichen, weit voneinander entfernten Unternehmensstandorten.
    • LTE-M soll künftig seine Stärken vor allem im Zusammenspiel mit 5G-Netzen ausspielen. Es soll dabei die Lücke zwischen der Vernetzung in Umgebungen ohne eigene Stromversorgung und datenintensiven Anwendungen schließen.
    Portrait von Clemens Förster Clemens Förster
    14.07.2023
      # Tags:5GDigitalInnovationIoT-VernetzungMobilfunk
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