Mehr und mehr werden 2G- und 3G-Technologien als veraltet angesehen und ausgemustert. Die Freigabe von Low-Band-Netzen von Betreibern und verschiedenen vertikalen Branchen wird daher dringend gefordert, um den boomenden Bedarf an Kommunikation und IoT-Anwendungen zu decken. Obwohl die Schlussfolgerungen der Experten bezüglich der Wachstumsprognose des IoT stark variieren, sind sich alle einig, dass die Maschine-zu-Maschine-Konnektivität (M2M) in den nächsten Jahren exponentiell ansteigen wird. Um die damit einhergehenden Herausforderungen zu bewältigen, welche zudem durch die massive digitale Transformation bedingt werden, wurde Narrowband IoT (NB-IoT) eingeführt. Damit sollen die Low Power Wide Area Network (LPWAN) Anforderungen des Internets der Dinge erfüllt werden.
Was ist NB-IoT
Narrowband IoT wird auch als LTE Cat-NB bezeichnet und wurde zunächst als Standard-Low Power Wide Area (LPWA)-Technologie von 3GPP in Release 13 im Jahr 2016 identifiziert. Es zielt darauf ab, die physische und digitale Welt zu integrieren und optimiert die Konnektivität für Geräte mit geringer Komplexität, die seltene kleine Datenübertragungen, eine breitere und tiefere Netzabdeckung, eine lange Akkulaufzeit und Kosteneffizienz benötigen. 3GPP Release 14 im Jahr 2017 brachte mehrere Verbesserungen des NB-IoT-Standards, die später mit LTE Cat LB2 eingeführt wurden, um den Stromverbrauch weiter zu reduzieren, die Datenkonnektivität zu verbessern und eine begrenzte Mobilität einzuführen.
Das Potenzial für die NB-IoT-Technologie ist riesig. Geräte mit NB-IoT-Technologie können im Feld mehr als 10 Jahre ohne Batteriewechsel arbeiten. Sie ist sehr erschwinglich und kann Hunderte von Millionen von Geräten zu sehr niedrigen Kosten pro Einheit versorgen. Der Preis für NB-IoT-Module ist vergleichbar mit dem von bestehenden 2G-basierten Modulen. Es kann auch eine 20+dB durchdringende Abdeckung für tiefe unterirdische und geschlossene Raumszenarien bieten, um den IoT-Einsatz in schwer zugänglichen Bereichen zu ermöglichen.
NB-IoT als Teil der „5G-Familie“
Obwohl sich 5G noch in der Anfangsphase der Kommerzialisierung befindet, wird erwartet, dass es bald die globale Mobilfunktechnologie dominieren wird. Die 5G-Anforderungen, die von ITU-R und 3GPP definiert wurden, umfassen drei Hauptkomponenten: 1. mMTC: Mobile IoT/Massive IoT/LPWA; 2. uRLLC: Mission-Critical Communications; 3. Enhanced Mobile Broadband. Im Juli 2019 hat 3GPP Release 16 bestätigt, dass NB-IoT die KPI-Anforderungen erfüllt und als Kandidat für eine 5G-LPWA-Technologie aufgenommen wird. NB-IoT wird sich daher als Teil der 5G-Spezifikationen weiterentwickeln und im selben Netzwerk mit anderen 5G NR-Komponenten koexistieren.
Es ist davon auszugehen, dass die Aufnahme von NB-IoT in die 5G-Familie die Technologieentwicklung der Branche vorantreiben wird. Langfristig sichert sie den Return on Investment (ROI) der Branche, indem sie einen längeren Lebenszyklus der Technologie garantiert. Mobilfunknetzbetreiber (MNO) können NB-IoT in 5G für den zukünftigen langfristigen Betrieb einplanen und die Akteure in der vertikalen Industriekette können NB-IoT-Produkte und -Lösungen in die langfristige Roadmap aufnehmen. Zusätzlich zu den Investitionsbedenken kann die einheitliche Entwicklung von Technologien die Interoperabilität mit anderen 5G-Komponenten verbessern und den Netzwerkaufbau des 5G-Ökosystems erleichtern. IKT-Unternehmen und die Vertikalen können gemeinsam forschen, Industriestandards formulieren und 5G fördern.
Anwendungen der 5G-Narrowband-IoT-Technologie
5G Narrowband IoT gewinnt in verschiedenen kommerziellen Szenarien wie Smart City, Smart Metering, Smart Agriculture, Smart Logistics, Smart Manufacturing und Smart Home an Dynamik. Intelligente Sensoren, intelligente Schlösser, intelligente Straßenlaternen – diese 5G-Narrowband-IoT-Produkte und -Lösungen kommen schnell auf den Markt und entwickeln das digitale Leben weiter.
Es wird erwartet, dass die 5G-basierte NB-IoT-Technologie eine entscheidende Rolle bei der massiven Machine Type Communication (mMTC) spielen wird. Die Welle von Big Data hat die Digitalisierung von Unternehmen und die Realisierung von Industrie 4.0 vorangetrieben. Der Einsatz von 5G-Narrowband-IoT-Anwendungen in Unternehmen und in der Fertigung ermöglicht es Unternehmen, den Produktionsprozess zu optimieren und die Betriebskosten zu senken, indem Arbeitsabläufe vereinfacht, die Datengenauigkeit verbessert, der Personalbedarf reduziert und eine Automatisierung der Fertigung erreicht wird. Wasser- und Gaszähler wären hervorragende Beispiele, die Effizienz, Genauigkeit, Automatisierung und Kosteneffizienz von NB-IoT-Anwendungen zu zeigen.
Doch nicht nur der Wirtschaft bietet die 5G-Narrowband-IoT-Technologie Vorteile. Die Verbraucher profitieren, indem sie sie mit einem intelligenteren Leben verbindet. Intelligente Sensoren und Lesegeräte, welche in Haushaltsgeräte und andere elektronische Devices eingebettet sind, ermöglichen es den Nutzern, ihre Geräte und Anlagen aus der Ferne zu überwachen und darüber hinaus zu steuern, um ein gesundes, sicheres und bequem vernetztes Leben zu gewährleisten.
NB-IoT-Module
5G-Narrowband-IoT-Anwendungen verwenden NB-IoT-Module, um drahtlose Übertragungsmöglichkeiten zu erhalten. Ein NB-IoT-Modul ist ein kleines elektronisches Gerät, welches in Maschinen oder Objekte eingebettet ist, die sich mit drahtlosen Netzwerken verbinden und Daten senden und empfangen. Es bietet Always-on-Konnektivität und ermöglicht IoT-Anwendungen, Daten automatisch zu senden, ohne dass jemand einen Sendeknopf drücken muss.
Fazit
NB-IoT-Module bieten erschwingliche drahtlose Datenübertragungslösungen für Szenarien, die einen großflächigen IoT-Einsatz mit massiven Endgeräten erfordern. Es ermöglicht intelligenten Geräten den Zugang zu drahtlosen Netzwerken mit superweiter Abdeckung, extrem niedrigem Stromverbrauch und zuverlässiger Konnektivität. Neben den Vorteilen, die die Kommunikationstechnologie selbst mit sich bringt, erheben NB-IoT-Module den Anspruch, die kleinsten LTE-Module zu sein. Es hat die kleinsten Abmessungen im Vergleich zu anderen 5G- und LTE-Modulen. Die Miniaturgröße macht sie perfekt für Consumer-Geräte, Sicherheitstechnik, anspruchsvolle medizinische Geräte und andere platzbeschränkte Geräte mit ultrakleinen Abmessungen als Kernanforderung. Mit der Ausweitung der NB-IoT-Anwendungen und der zunehmenden Beteiligung der Industrie an der NB-IoT-Technologie sind die Kosten für NB-IoT-Module deutlich gesunken, so dass sie heute mit denen der bestehenden 2G-basierten Module vergleichbar sind. Die Preisvorteile, zusammen mit dem geringen Stromverbrauch, machen es zu einer kostengünstigen Lösung für alltägliche IoT-Anwendungen.
Die technologischen Vorteile wie die flächendeckende Versorgung, der geringe Stromverbrauch, die bessere Zuverlässigkeit und die 10-jährige Batterielebensdauer haben dazu geführt, dass große Betreiber die Technologie übernehmen, was das Wachstum des NB-IoT-Marktes vorantreibt. Laut Ericssons Mobilitätsbericht 2020, der im November veröffentlicht wurde, werden die zellularen IoT-Verbindungen voraussichtlich 6,9 Milliarden erreichen und mit einer CAGR von 23 % wachsen, wobei NB-IoT- und Cat-M1-Verbindungen bis zu 45 % der prognostizierten Verbindungen ausmachen werden. Es wird erwartet, dass die Wachstumsrate enorme Chancen für Unternehmen mit sich bringt, die das Ökosystem beherrschen