Der NB-IoT Guide (24th August, deutsche Version)

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Narrowband-IoT: Ein ultimativer Leitfaden aus den Bereichen der Arbeit an verschiedenen Frequenzbändern in verschiedenen Ländern.

In den letzten Jahren waren wir immer wieder gespannt auf die neuen Technologien, mit denen unsere Haushaltsgeräte, Türklingeln und Temperatureinstellungen in unseren Häusern, Sicherheitssystemen, Schlössern und vielem mehr gesteuert werden können.

Nun, seit 16 Jahren wurde das Internet der Dinge oder IoT 1999 von Ashton eingeführt. Eine fantastische Technologie ist als RFID bekannt. Im Internet der Dinge geht es darum, unsere Haushaltsgeräte, Geräte oder Dinge über das Internet zu steuern und zu verbinden.

Aufgrund der Fortschritte im Internet der Dinge und des zunehmenden Bewusstseins der Menschen für das Bedienen und Steuern von Dingen steigt jedoch die Nachfrage nach besseren Verbindungen und Netzwerken. Aus diesem Grund wurde 2017 ein neues Protokoll namens Narrowband-IoT eingerichtet, um die erweiterten Konnektivitätsanforderungen zu erfüllen. Das Narrowband-IoT begann zunächst in europäischen Ländern zu arbeiten. In der Zwischenzeit fragen Sie sich vielleicht, was Narrowband-IoT ist? Mal sehen, was Narrowband-IoT ist, seine Arbeitsvorteile, das NB-IoT-Band in verschiedenen Ländern sowie seine Vor- und Nachteile.

Wir sind hier, um alles abzudecken, was Sie wissen müssen.

Was ist Narrowband- IoT?

NB-IoT oder Narrowband-Internet of Things ist ein sich schnell entwickelndes drahtloses Mobilfunknetz oder -protokoll und eine Standard-LPWAN-Funktechnologie (Low Power Wide Area Network), die die Kommunikation zwischen Dingen ermöglicht. Das Narrowband-IoT wird durch 3GPP Release 13 weiterentwickelt. Als schnell aufkommende Technologie wird das NB-IoT jetzt als 5G-Technologie bezeichnet.

Das Narrowband-IoT ist ein Protokoll mit geringer Bandbreite, mit dem Geräte und Appliances verbunden werden können, deren Komplexität reduziert ist und die keine hohen Netzwerke erfordern. Das Narrowband-IoT eignet sich auch für Innengeräte, die in Umgebungen arbeiten, in denen die Abdeckung von Funksignalen schwierig ist, z. B. in unterirdischen Gebäudebereichen.

Das Narrowband-IoT konzentriert sich mehr auf die Bereitstellung einer besseren Abdeckung, mehr Verbindungen, Kostensenkung, Verbesserung des Netzwerks und weniger Stromverbrauch von Geräten.

  •  Stromverbrauch bis zu 10 Jahren  
  • Verbindungen ~ 50.000 Verbindungszellen
  • Die geografische Reichweite der Zelle beträgt bis zu 100 km

Darüber hinaus bietet das NB-IoT Benutzern die Möglichkeit zur Verwaltung

  • Flotte, Logistik und Vermögenswerte
  • Intelligente Messungen
  • Wohnsicherheitskontrollen
  • Industrielle Arbeiten
  • Rigorose Landwirtschaft
  • Infrastrukturen in Großstädten
  • Sensoranschlüsse

NB-IoT im Kontext mit anderen Mobilfunkstandards

Die folgende Grafik der Deutschen Telekom (www.telekom.de) zeigt NB-IoT in einem breiteren Kontext mit früheren Mobilfunkstandards. Sowohl NB-IoT als auch LTE-M basieren auf LTE und können über ein Software-Upgrade in vorhandene LTE-Infrastrukturen integriert werden. Da NB-IoT und LTE-M innerhalb des bestehenden GSM-Netzes bereitgestellt werden können, fallen für die Mobilfunkbetreiber keine zusätzlichen Lizenzgebühren an. Wie die folgende Grafik zeigt, wird NB-IoT zur Übertragung kleinster Datengrößen verwendet.

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Quelle: www.telekom.de (https://iot.telekom.com/de/konnektivitaet/narrowband-iot-lte-m)

Wie NB-IoT funktioniert

In der heutigen Welt arbeiten viele Technologien daran, Daten mit ihren Vor- und Nachteilen zu übertragen. Der richtige Technologieeinsatz hängt jedoch von den individualistischen Strukturen ab. Nach der Einführung von LTE, 2G, 3G und 4G nimmt die fortschrittlichere Technologie Narrowband-IoT weltweit häufig zu.

Bevor Sie eintauchen, um zu verstehen, wie Narrowband-IoT funktioniert, sollten Sie zwei Aspekte seiner Funktionsweise im Kopf behalten.

Erstens die Datenabdeckung an nicht erreichbaren Orten.

Zweitens das Bedienen und Steuern von Dingen über das Internet.

Wie bereits erwähnt, entspricht das Narrowband-IoT der fortschrittlichen 5G-Technologie und erhöht somit die Wahrscheinlichkeit, dass mehr Daten sicher an Orte gesendet werden, an denen die Datenabdeckung unzureichend ist, und viele andere Netzwerke erreichen diese Bereiche nicht. Das Narrowband-IoT verwendet ein lizenziertes Frequenzspektrum, das eine sichere Datenübertragung ohne Interferenz verschiedener Geräte gewährleistet. Außerdem ist NB-IoT Standard-LPWAN und deckt daher mehr Bereiche mit reduziertem Energieverbrauch ab.

Auf der anderen Seite hilft NB-IoT, in verschiedenen Branchen und Sektoren zu arbeiten. Es ist hilfreich, das typische Beispiel für die automatische Zählerablesung zu verstehen. Es gibt zwar viele andere Netzwerke und Technologien, aber der Fortschritt von NB-IoT ist besser als bei anderen Technologien, da NB-IoT mehr Daten sicher in Bereiche übertragen kann, in denen andere Standardsysteme nicht funktionieren. Zusätzlich wird der Modul unterirdisch platziert; Daher bietet NB-IoT im Vergleich zu LTE und GSM eine größere Abdeckung in Innenräumen.

Coverage / Netzabdeckung für schwer zugängliche Bereiche

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Wie bereits erwähnt, entspricht das Narrowband-IoT der fortschrittlichen 5G-Technologie und erhöht somit die Wahrscheinlichkeit, dass mehr Daten sicher an Orte gesendet werden, an denen die Datenabdeckung unzureichend ist, und viele andere Netzwerke erreichen diese Bereiche nicht. Das Narrowband-IoT verwendet ein lizenziertes Frequenzspektrum, das eine sichere Datenübertragung ohne Interferenz verschiedener Geräte gewährleistet. Außerdem ist NB-IoT Standard-LPWAN und deckt daher mehr Bereiche mit reduziertem Energieverbrauch ab.

Auf der anderen Seite hilft NB-IoT, in verschiedenen Branchen und Sektoren zu arbeiten. Es ist hilfreich, das typische Beispiel für die automatische Zählerablesung zu verstehen. Es gibt zwar viele andere Netzwerke und Technologien, aber der Fortschritt von NB-IoT ist besser als bei anderen Technologien, da NB-IoT mehr Daten sicher in Bereiche übertragen kann, in denen andere Standardsysteme nicht funktionieren. Zusätzlich wird der Modul unterirdisch platziert; Daher bietet NB-IoT im Vergleich zu LTE und GSM eine größere Abdeckung in Innenräumen.

IoT bedienen und steuern

Ein weiterer Aspekt der NB-IoT-Arbeit betrifft sowohl die häusliche als auch die industrielle Ebene. Schmalband-IoT ist die richtige Wahl, wenn wir über Datenübertragung oder Verbindungen zwischen Dingen sprechen. In Bezug auf die modernen IoT-Geräte oder -Gadgets von heute, die kostengünstiger sind, eine längere Akkulaufzeit haben und den Stromverbrauch senken. Diese IoT-Geräte erfordern verwaltbare Implementierungen. Daher ist NB-IoT die beste Lösung, da mehr Geräte problemlos angeschlossen werden können. Die Anwendung von NB-IoT ist noch zugänglicher und schneller als andere Technologien. Die Signalabdeckung von Narrowband-IoT ist erstaunlich und die Sensorverbindungen der Dinge sind aufgrund ihres geringen Stromverbrauchs mit keiner anderen Technologie vergleichbar.

Die industrielle Implementierung von NB-IoT erfolgt in den Bereichen Landwirtschaft, Logistik, automatische Zählerablesung, intelligente Sicherheitssysteme und anderen Bereichen. Darüber hinaus besteht die Implementierung von NB-IoT auf nationaler Ebene darin, Haushaltsgeräte und andere Faktoren intelligent zu steuern und zu betreiben. Sie verwenden beispielsweise NB-IoT, um die Temperatur zu Hause (kalt oder warm) mobil zu steuern und die Sicherheitssysteme Ihres Hauses von überall aus zu überwachen.

Advantages of NB-IoT

Ursprünglich wurde NB-IoT in den Standards der 3GPP-Version 13 als LTE Cat NB1 eingeführt; auch LTE-M (LTE Cat M1) mit LPWAN-Technologie wurde durch die 3GPP-Version 14 mit Funktionen wie
 
  • Niedriger Stromverbrauch

Die Funktion zur Reduzierung des Stromverbrauchs von NB-IoT umfasst einen Freigabeassistenten, der die Verbindung zur Funkressourcensteuerung RRC stoppt. Dies zeigt an, dass das Gerät das Hochladen von Daten abgeschlossen hat und das Herunterladen weiterer Daten nicht erwartet. Daher verbringt das Gerät mehr Zeit im Schlafmodus und spart Energie.

  • Bessere Abdeckung

Entweder geht es um weit entfernte Orte oder um das Eindringen von Signalen in Innenräume, das NB-IoT übernimmt die gesamte Kontrolle. Die Zelle mit 1 NB-IoT-Station unterstützt Tausende von Geräten, die über NB-IoT angeschlossen sind. Wie bereits besprochen, kann auf die in Kellern befindlichen Zähler über NB-IoT zugegriffen werden, um sie auszulesen. Darüber hinaus schätzt man, dass NB-IoT bis 2026 über 60% der insgesamt 3,6 Milliarden LPWAN-Verbindungen verbinden wird.

  • Übertragungsrate

Erinnern Sie sich, wir haben besprochen, dass das NB-IoT ein Netzwerk mit geringer Bandbreite ist. Daher verwendet es ein einziges Schmalband von 200KHz und mindestens 180KHz. Der NB-IoT ermöglicht eine kompaktere Übertragungsleistung. Die Übertragungsrate von NB-IoT und Kopplungsverlust ist im Vergleich zu GPRS um 20dB besser.

  • Erhöhte Mobilität

Ein weiteres fantastisches Merkmal oder ein weiterer Vorteil von NB-IoT ist die Mobilität im verbundenen Modus, die sicherstellt, dass kein Signal verloren geht, wenn sich die Objekte oder Dinge in zellularen Netzwerken bewegen. Darüber hinaus ermöglichen OTDOA (beobachtete Ankunftszeitdifferenz) und e- CID die Schätzung der Position des Geräts auf der Grundlage der bedienenden Zell-ID, der Vorlaufzeit und anderer verbundener Zell-IDs.

Ein schneller Vergleich von NB-IoT mit anderen LPWAN-Standards

Vorteile

Ø Der Abdeckungsbereich von NB-IoT ist <15, was mehr ist als jeder andere LPWAN-Standard, wie z.B. Sigfox und LoRaWAN.

Ø NB-IoT ist ein lizenzierter Niedrigenergie-Funkstandard im Vergleich zu Sigfox und LoRaWAN.

Ø NB-IoT hat einen MCL-Wert von 164, was 20db besser ist als Sigfox 160 und LoRaWAN 157.

Nachteile

Ø Die Datenrate, d.h. <150kbps, ist geringer als bei Sigfox und anderen drahtlosen LPWAN-Standards mit geringem Stromverbrauch.

Ø Im Gegensatz zu LoRaWAN ist die Bandbreite von NB-IoT wesentlich geringer.

Die Vorteile von NB-IoT sind in der folgenden Abbildung zusammengefasst. Die Grafik wurde von der Deutschen Telekom erstellt und 2017 in ihrem Whitepaper zu NB-IoT veröffentlicht.

Whitepaper der Deutschen Telekom 2017

Wir empfehlen außerdem einen Blick auf das von der Telekom veröffentlichte Whitepaper 2019:

MOBILE IOT-LEITFADEN WIE NB-IOT UND LTE-M dem IOT beim Abheben helfen

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Quelle: Deutsche Telekom Whitepaper (https://iot.telekom.com/resource/blob/data/121580/497a19b2ee06f5b0d7fa2c8929d84efe/whitepaper-narrowband-iot-2017.pdf)

Unterschiedliche NB-Iot Bänder mit deren Frequenzen und Bandbreiten in Europa, USA und China

Narrowband-IoT Frequenzbänder in Europa

Schmalband-IoT-Bänder wie B3, B8 und B20 arbeiten in Europa für den Betrieb von IoT-Geräten mit unterschiedlichen Frequenzbereichen, um in verschiedenen Regionen zu arbeiten.

Narrowband-IoT Bands in Europe

Bandwidth MHz

Uplink Frequency MHz

Downlink frequency MHz

B8 (900)

25

880 – 915

925 – 960

B3 (1800)

75

1710 – 1785

1805 – 1880

B20 (800)

30

832 – 862

791 – 821

 

Narrowband-IoT Frequenzbänder in Nordamerika

The Narrowband-IoT Frequenzbänder in Nordamerika nutzen B4, B26, B12, B66, and B7.

Narrowband-IoT Bands in United States

Bandwidth

Uplink Frequency MHz

Downlink frequency MHz

B4 (1700)

45

1710 -1755

2110 -2155

B26 (850)

35

814 – 849

859 – 894

B12 (700)

17

699 – 716

729 – 746

B66 (1700)

70

1710 – 1780

2110 – 2200

B71 (600)

65

633 – 698

617 – 783

 

Narrowband-IoT Frequenzbänder in Asien

Die NB-IoT-Bänder im asiatisch-pazifischen Raum, einschließlich Ländern wie China, Singapur, Korea, Taiwan und vielen anderen Ländern, sind B3, B1, B18, B28, B5 und B20.

 

Narrowband-IoT Bands in China

Bandwidth

Uplink Frequency MHz

Downlink frequency MHz

B3 (1800)

75

1710 – 1785

2110 – 2170

B1 (2100)

60

1920 – 1980

2110 – 2170

B18 (850)

15

815 – 830

860 – 875

B28 (700)

45

703 – 748

758 – 803

B5 (900)

25

824 – 849

869 – 894

B20 (800)

30

832 – 862

791 – 821

Use cases / Anwendungen für NB-IoT

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Schematische Darstellung der unterschiedlichen use cases von NB-IoT

Es gibt verschiedene Anwendungsfälle für NB-IoT, die wir im Folgenden hervorheben möchten:

  • Smart Parking
  • Supply Chain Monitoring
  • Smart submetering
  • Smart Street Lighting
  • Rail asset management
  • Smart waste management
  • Air quality monitoring

Weitere Referenzen für Anwendungen von NB-IoT im akademischen Bereich

Patent Veröffentlichungen mit Bezug zu NB-IoT

Die meisten Patente in Bezug auf NB-IoT wurden für Hardware-Erfindungen angemeldet, nämlich für Funkkommunikationsmodule, die in Smartphones und anderen NB-IoT-Geräten verwendet werden. Wie aus den beiden folgenden Grafiken ersichtlich ist (Patentrecherche auf patents.google.com für die Schlüsselwörter „NB-IoT“ (links) und Narrowband IoT (rechts)), wurden die meisten Patente für Qualcomm angemeldet. Weitere Wettbewerber auf diesem Gebiet sind LG Electronics, Samsung Electronics und Intel.

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Source: patents.google.com, search phrase: "NB-IoT"
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Source: patents.google.com, search phrase: "Narrowband IoT"
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