Die technologische Revolution des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT) wird mit großer Wahrscheinlichkeit die Art und Weise verändern wie wir leben und arbeiten. Das IoT wird Milliarden von Geräten mit intelligenten Sensoren und maschineller Lernfähigkeit ausstatten. Diese Geräte werden ohne menschliches Zutun mit internen oder externen Systemen kommunizieren, Situationen eigenständig erfassen und miteinander interagieren.

Das 3rd Generation Partnership Project (3GPP), eine weltweite Kooperation von Standardisierungsgremien für die Standardisierung im Mobilfunk, will dieses große Potenzial nutzbar machen. So begann man dort mit der Standardisierung der Anforderungen an eine neue zellulare Schmalbandtechnologie (Narrowband, NB) für das Internet of Things.

Die erste Version des NB-IoT-Standards wurde im Juni 2016 als Teil von Release 13 des globalen 3GPP-Standards veröffentlicht. Er basiert auf bestehender LTE-Technologie, die weltweit in den 4G-Netzen genutzt wird.

NB-IoT lässt sich auf drei Arten implementieren:

  1. Standalone-Modus
  2. Guard-Band-Modus
  3. In-Band-Modus

Grundsätzlich können NB-IoT-Signale in jedem der drei Implementierungsmodi betrieben werden. Im heutigen frühen Stadium der Technologie trifft man allerdings zumeist auf den In-Band-Modus. Er wird beispielsweise bereits von großen europäischen Serviceprovidern wie Vodafone, Deutsche Telekom oder Telecom Italia Mobile genutzt. Weltweit folgen viele andere Mobilfunkbetreiber.

Diese Betreiber müssen sicherstellen, dass die bestehenden LTE-Netze und die neuen NB-IoT-Dienste miteinander harmonieren. Und sie müssen die von ihnen erwartete Erlebnisqualität sowie die gewünschten Service Level Agreements liefern.

Der Hauptvorteil des NB-IoT In-Band-Modus besteht darin, dass er für Mobilfunkbetreiber am kostengünstigsten ist und sich nahtlos implementieren lässt. Die Einführung profitiert insbesondere davon, dass keine Hardware-Änderungen am Funkzugangsnetz erforderlich sind und Frequenzressourcen für LTE- oder NB-IoT-Dienste je nach Bedarf von mobilen Nutzern und Geräten effizient abgerufen werden können.

Ungeachtet dessen gibt es bei NB-IoT In-Band auch eine inhärente technische Herausforderung: Sein schmalbandiges (narrowband) Signal belegt 180 kHz oder im Grunde

genommen einen der sogenannten Physical Resource Blocks (PRB) innerhalb des LTE-Breitbandträgers. Dieser belegte PRB kann eine Art interne Interferenz erzeugen, die als Inter-PRB bezeichnet wird, oder als Interferenz zwischen zwei verschiedenen PRB-Elementen, wenn diese miteinander kollidieren.

Der NB-IoT PRB im In-Band-Modus unterscheidet sich von den PRBs des breitbandigen LTE-Signals durch eine leistungsdynamische Funktion (Power Boosting), die von 3GPP in Bezug auf den LTE PRB als größer oder gleich +6dB für In-Band- oder Guard-Band-Betriebsarten definiert wurde.

Der 3GPP-Standard spezifiziert daneben auch noch andere NB-IoT-Signalstrukturmerkmale. Dazu gehören die unterstützten Modulationsarten, Frequenzfehlertoleranzen oder EVM-Werte (Error Vector Magnitude), die für die Synchronisations- und Steuerkanäle zulässig sind.

EVM ist auch ein Maß für die Modulationsqualität und die Error-Performance in den Übertragungs- oder Empfangskanälen komplexer Funksysteme, zu denen ja auch LTE und die neuen NB-IoT-Signale gehören. EVM ist im Wesentlichen die Differenz zwischen dem idealen Sendesignal und dem tatsächlich empfangenen (gemessenen). Damit erhält man einen sehr nützlichen Indikator für die Qualität des übertragenen Funksignals.

Bei der Aktivierung neuer NB-IoT In-Band-Dienste ist die Inter-PRB-Interferenz ein zentrales Kriterium. Und die Überprüfung der Inter-PRB-Interferenz mit einer EVM-Messung ist das genaueste und kostengünstigste Testverfahren.

Testlösung gemäß 3GPP-Spezifikation

VIAVI CellAdvisor™ ist eine kostengünstige, tragbare Lösung, die Akzeptanztests gemäß der 3GPP-Spezifikationen ermöglicht. Hauptaugenmerk liegt dabei auf den folgenden Compliance-Aspekten für NB-IoT-Signale:

  • Maximale Ausgangsleistung des PRB, der das NB-IoT-Signal und die Kanäle überträgt
  • Gesamtleistungsdynamikbereich des beim NB-IoT aktiven PRB (ist er gleich oder größer als 6dB)
  • EVM-Messungen für NPDSCH (Narrowband Physical Downlink Shared Channel) und andere Kontroll- und Synchronisationskanäle
  • Downlink NRS (Narrowband Reference Signal) Kanalleistung und EVM-Messungen
  • Frequenzfehlermessung

Mittels der Überprüfung und Validierung dieser Metriken in der Phase der Inbetriebnahme einer neuen NB-IoT-Installation sowie durch regelmäßige Wartungskontrollen können Mobilfunkbetreiber optimale Rahmenbedingungen für ihre IoT-Dienste garantieren. Damit können sie sicher sein, die geforderten Ziele in Bezug auf Abdeckung, Kapazität und Servicequalität zu erreichen.

VIAVI Solutions ist führend bei der Implementierung neuer NB-IoT-Netze und unterstützt bereits heute weltweit namhafte Mobilfunkbetreiber und Netzwerkausrüster (Network Equipment Manufacturers, NEMs).

Um Kunden bei der Fehlersuche in ihren ersten NB-IoT-Netzwerken zu unterstützen, hat VIAVI ein umfassendes Whitepaper veröffentlicht: NB-IoT: A Practical Guide for Field Testing.

Weitere Informationen zu NB-IoT unter www.viavisolutions.com/nbiot.

Genis Sanchez ist Regional Product Manager bei VIAVI Solutions. Seine Laufbahn begann er 1999 bei HP/Agilent, Niederlande, im Bereich der digitalen Kommunikation. 2001 wechselte er als Applikationsingenieur mit dem Schwerpunkt Testlösungen für drahtlose Netze in die USA. Technisch waren dies frühe 2G-Technologien (TDMA, CDMA, GSM), später 3G (UMTS, WiMAX) und aktuell 4G (LTE / LTE-A). Seit 2016 ist er wieder in Europa, wo er sich auf Business Development, Marketing und regionale Produktmanagementaktivitäten für RF-Testverfahren (Radio Frequency) in der EMEA-Region konzentriert.

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