Aug, 30 2022

Was ist LTE Cat-1? LTE-Technologie erklärt

Zusammengefasst: LTE Cat-1 ist eine Variante der 4G LTE-Technologie, die speziell für das Internet der Dinge (IoT) entwickelt wurde. Die Abkürzung LTE steht für Long Term Evolution Category 1. IoT auf Basis von Mobilfunk hat sich seitdem zwar erheblich weiterentwickelt, LTE Cat-1 bleibt aber seit dessen Standardisierung 2008 bis heute eine beliebte Wahl für IoT-Unternehmen. Aus gutem Grund: Die Infrastruktur ist weitestgehend etabliert und die Technologie sich in Bereichen wie Gesundheitswesen, Point-of-Sale-Systeme oder Dashcams mehr als bewährt.

IoT-Glossar
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LTE Cat-1 und das Internet der Dinge

LTE bietet mehr als 20 verschiedene Kategorien von Benutzergeräten (UE), die ihrerseits bestimmte Uplink- und Downlink-Fähigkeiten definieren. Je niedriger die Kategorienummer, desto langsamer die Datengeschwindigkeiten. LTE Cat-1 verbraucht weniger Strom und ist zudem weniger komplex ist als höhere LTE UE-Kategorien.

Dadurch bleiben batteriebetriebene Geräte länger operabel. Darüber hinaus verfügen LTE Cat-1-Geräte über längere Laufzeit sowie spezielle Ruhemodi, als herkömmliche LTE-Geräte. Perfekt geeignet für Anwendungsfälle im Internet der Dinge.

LTE Cat-1: Unterschiede zu LTE und LTE Cat-M1

Zugegeben, die Nomenklatura ist verwirrend. Da alle drei Standards ähnliche Namen haben und teils den gleichen Zweck verfolgen, könnte man sie leicht miteinander verwechseln. Und doch gibt insbesondere zwischen LTE Cat-1 und LTE Cat-M1 kleine, aber feine Unterschiede.

Während LTE zu Beginn vor allem darauf ausgelegt war, Übertragungsraten und mobile Performance zu optimieren, stellte LTE Cat-1 den ersten Schritt in Richtung Internet der Dinge dar. Hier wurde Energieeffizienz wichtiger als beispielsweise hohe Übertragungsraten. 

LTE sowie LTE Cat-1 verwendet eine Übertragungsfrequenz von 20 MHz. Das neuere LTE Cat-M1 hingegen setzt im Niedrigfrequenzband von 1,4 MHz an. Darüber hinaus wurden Energieeffizienz und Übertragungsraten abermals an die Anforderungen von IoT-Geräten angepasst.

 

LTE (Cat 3-12)

LTE Cat-1

LTE Cat-M1

Globale

Netzabdeckung

Hervorragend 

Hervorragend, 

siehe LTE

Ausbaufähig /

hauptsächlich westliche Industrieländer

Frequenz

20 MHz

20 MHz

1.4 MHz

Downlink

100-600 Mbps

10 Mbps

1 Mbps

Uplink

50-150 Mbps

5 Mbps

1 Mbps

Stromverbrauch

Hoch

Medium

Sehr niedrig

Kosten

Hoch

Medium

Niedrig

Die Vorteile von LTE Cat-1

LTE Cat-1 kommt mit einer Reihe von Vorteilen, die es insbesondere für Anwendungsfälle im Bereich des Internets der Dinge zum Tragen kommen. Hierzu gehören:

Globales Roaming

Der größte Schwachpunkt von Low Power Wide Area Networks (LPWANs) wie LTE-M und NB-IoT ist, dass sie derzeit nicht weltweit eingesetzt werden können. Insbesondere NB-IoT verfügt hier über nur sehr wenige Roaming-Optionen. Dies macht beide Netzwerke für den globalen Einsatz weniger nützlich als andere Mobilfunktechnologien.

LTE Cat-1 bietet eine größere Abdeckung, da es überall dort verfügbar ist, wo auch 4G/LTE bereits verfügbar ist - und das Roaming nicht eingeschränkt ist. Das bedeutet, dass die Geräte problemlos zu einem anderen Netz wechseln können, wenn an einem bestimmten Ort keine Netzabdeckung vorhanden ist. Dies bedeutet ebenfalls eine größere Verbindungssicherheit.

Bandbreite 

Im Allgemeinen verbrauchen IoT-Geräte deutlich weniger Daten als Mobiltelefone. Es gibt zwar Milliarden von ihnen, aber sie verbrauchen nur einen Bruchteil der verfügbaren Bandbreite, die physisch vorhanden ist.

LTE wurde entwickelt, um eine schnelle Datenübertragung für Smartphones zu ermöglichen. Aus diesem Grund nutzt LTE große Frequenzbänder von bis zu 20 Mhz. LTE-Cat 1 nutzt die gleichen Frequenzbänder.

Zum Vergleich, LTE-M hingegen verwendet 1,4 MHz Bandbreite, also weniger als ein Zehntel der Bandbreite von LTE und LTE-Cat 1. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass MNOs mehr LTE-M-Kanäle zur Verfügung stellen können. Dies erhöht die Kapazität der Anzahl der Geräte, die sich in einem bestimmten Gebiet verbinden können.

Wenn Sie Bedenken haben, zu viele Geräte in einer Zelle zu haben, sind LTE-M und NB-IoT die bessere Wahl. 

Datendurchsatz

Während 1 Gbps theoretisch mit LTE Advanced möglich ist, bieten typische Industrierouter Kategorie CAT6 oder 12 eine maximale Datenrate von 600 Mbps im Downlink. Im Upload bieten sie immerhin noch 150 Mbps.

Dies sollte für die gängigsten Breitband-IoT-Anwendungsfälle völlig ausreichen. Für typische IoT-Anwendungsfälle sind diese hohen Datenraten ohnehin nicht notwendig. Aufgrund der höheren Kosten und des höheren Stromverbrauchs sind sie teils sogar kontraproduktiv.

LTE CAT-1 passt die meisten IoT-Anwendungsfälle, indem es 10Mbps im Downlink und 5Mbps im Uplink bereitstellt, was für Video-Streaming oder die aggregierte Datenübertragung mehrerer Geräte über Mobilfunk-Gateways geeignet ist.

LTE-M bietet einen geringeren Datendurchsatz mit 300kbps - 1Mbit/s im Uplink und Downlink. Es ermöglicht alle Anwendungsfälle für einzelne Geräte - auch für Bild- oder Videoinhalte -, ist aber möglicherweise nicht ausreichend für aggregierte Anwendungsfälle mit hohen Datenmengen.

Stromverbrauch, aber nur zum Teil 

Die standardmäßige LTE-Technologie ist sehr stromhungrig. Das Mobilfunkmodul verbraucht nicht nur bei der Datenübertragung Strom, sondern auch, wenn es im Ruhezustand darauf wartet, dass Daten an das Gerät gesendet werden. Da die meisten IoT-Anwendungsfälle auf den Uplink ausgerichtet sind, wurden dieselben Funktionen entwickelt, um den Stromverbrauch zu senken. 

Eine davon ist der Power Saving-Mode (PSM), der es dem Modem ermöglicht, in den Ruhezustand zu gehen, wenn keine Daten übertragen werden, ohne dass es beim Aufwachen erneut nach einem Netzwerk suchen muss. PSM ist in LTE CAT-1- und LTE-M-Modulen verfügbar und reduziert den Stromverbrauch erheblich.

Dennoch verbraucht LTE CAT-1 mehr Strom als LTE-M, da die Funklogik komplexer ist. Aufgrund der 20-Mhz-Bandbreite und dem höheren möglichen Datendurchsatz ist die Datenverarbeitung ergo nicht stromoptimiert.

Kosten

LTE-Module sind kostenintensiv, da sie darauf optimiert sind, das beste Nutzererlebnis mit hohen Datengeschwindigkeiten zu bieten. Mit ihrer geringeren Komplexität stellen LTE CAT-1 Module eine Alternative dar, da die Kosten im Vergleich zu LTE CAT-6 Modulen etwa 30% niedriger sind.

LTE-M und NB-IoT sind die günstigsten Module mit einem Preis von etwa 10 €/$. LTE-M / NB-IoT Module sind weniger komplex und wurden für die Kommunikation mit großen Maschinen optimiert.

Finden Sie die richtige Lösung für Ihre Anwendung

Mit der zunehmenden Abdeckung von LTE-M wird es wahrscheinlich zu einer der dominierenden Konnektivitätslösungen für das Internet der Dinge werden. Dennoch wird LTE Cat-1 weiterhin eine kluge Wahl für Ihre Anwendungen sein, da es ähnliche Vorteile bei höherem Datendurchsatz bietet.

Welcher Netzwerktyp für Ihre IoT-Anwendung am besten geeignet ist, hängt von Ihren individuellen Gegebenheiten ab, darunter:

  • Die Länder, Regionen und Standorte, in denen Sie den Einsatz planen
  • dem Umfang Ihrer Einsätze
  • Die Datenanforderungen Ihrer Geräte und Kunden

Die zusätzlichen Auswirkungen der Modulkosten auf die Gesamtkosten Ihres Geräts.

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Tobias Weber

Mehr als sieben Jahre Erfahrung als leitender Redakteur im Bereich Smart Home, Konnektivität und Internet of Things. Und noch immer genauso neugierig, wie am ersten Tag.

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