Funkzugangstechnik: 2G, 3G, 4G, LTE-M und NB-IoT erklärt

Die "Funkzugangstechnik" (RAT) ist der Teil des Mobilfunks, der die Bits zwischen deinem Gerät und dem Funkmast überträgt. Deine Wahl legt die maximale Bandbreite fest, den minimalen Stromverbrauch und wie viel Netzabdeckung du realistisch erwarten kannst. Dieser Artikel stellt jede Technik vor und zeigt, wo sie im IoT passt.

Kurzer Vergleich

2G: GSM

Status: Wird abgeschaltet. In vielen Ländern bereits abgeschaltet (unter anderem USA, Kanada, Australien), in vielen weiteren ist die Abschaltung geplant.

GSM war der erste breit eingesetzte digitale Mobilfunkstandard. Für IoT ist es nur noch in zwei Fällen relevant:

• Bestehende Flotten, die seit Jahren mit 2G-Modems laufen und deren Umrüstung sich nicht lohnt.

• Fallback bei der Netzabdeckung in Regionen, in denen LTE-M und NB-IoT noch nicht verfügbar sind, meist in Schwellenländern.

Für neue Designs gilt: kein 2G. Netzbetreiber nutzen das Spektrum neu, und Geräte, die heute mit 2G ausgerollt werden, musst du ersetzen, bevor ihre Lebensdauer endet.

3G: WCDMA / CDMA2000

Status: Wird abgeschaltet. Bereits abgeschaltet in den USA, dem Großteil der EU, Australien und weiten Teilen Asiens, und jedes Jahr kommen weitere Abschaltungen hinzu. Einige Netze laufen noch, vor allem in Schwellenländern.

Plane 3G nicht in neue Designs ein. Die verbleibenden Netze verschwinden in den meisten Regionen schneller als 2G, und ein Gerät, das heute mit 3G ausgerollt wird, überlebt wahrscheinlich das Netz, von dem es abhängt. Für bestehende 3G-Flotten brauchst du einen Migrationsplan.

4G: LTE

Status: Dominierend. Praktisch in jedem Land mit Mobilfunkinfrastruktur verfügbar.

LTE ist heute das Arbeitspferd im IoT. Die meisten Geräte nutzen normales LTE (Cat-1, Cat-4) für allgemeine Konnektivität:

• Cat-1 (~10 Mbps Download, 5 Mbps Upload) ist der Einstieg: günstige Module, ordentlicher Durchsatz, breite Unterstützung.

• Cat-4 (~150 Mbps Download, 50 Mbps Upload) nutzen Hotspots für Endkunden und IoT mit hoher Bandbreite.

• Höhere Kategorien (Cat-6, Cat-12 usw.) bieten noch mehr Bandbreite, sind im IoT aber selten.

Wenn du unsicher bist, ist LTE Cat-1 oder Cat-4 die sichere Standardwahl.

5G: NR (New Radio)

Status: In den meisten großen Märkten ausgerollt und wächst schnell.

5G bringt drei Dinge, die für IoT zählen:

• Mehr Bandbreite. Durchsatz im Multi-Gigabit-Bereich, wo das Netz es unterstützt.

• Geringere Latenz. Im besten Fall eine Round-Trip-Zeit im einstelligen Millisekundenbereich.

• Network Slicing. Damit lässt sich ein logischer "Slice" des Netzes mit garantierten Eigenschaften bereitstellen (Bandbreite, Latenz, Zuverlässigkeit).

Wähle 5G, wenn du Echtzeitvideo, sehr hohen Durchsatz oder garantierte Latenz brauchst. Für Sensoren, die ein paar Kilobyte pro Tag senden, ist 5G überdimensioniert. Dann ist LTE-M oder NB-IoT die richtige Wahl.

LTE-M: LTE Category M (Cat-M1)

Status: In den meisten LTE-Märkten in Nordamerika, Europa und Teilen Asiens ausgerollt.

LTE-M ist für IoT optimiertes LTE. Es läuft auf der bestehenden LTE-Infrastruktur, nutzt aber ein schmaleres Band. Das bedeutet:

• Geringerer Stromverbrauch. Jahrelange Laufzeit mit kleinen Batterien, wenn selten gesendet wird.

• Geringerer Durchsatz. Typisch ~300 kbps: genug für Sensordaten, Steuerbefehle und Sprache (ja, LTE-M unterstützt Sprache), aber nicht für Video.

• Bessere Versorgung in Gebäuden. Das schmalere Band dringt besser durch Wände als normales LTE.

• Mobilität möglich. LTE-M unterstützt Handover zwischen Zellen und eignet sich daher für Geräte in Bewegung (Asset-Tracking, Fahrzeuge).

LTE-M ist die richtige Wahl für die meisten IoT-Projekte, bei denen die Akkulaufzeit wichtiger ist als der Durchsatz.

NB-IoT: Narrowband IoT (Cat-NB1, Cat-NB2)

Status: Weit verbreitet in der EU, China und Teilen Asiens. In Nordamerika lückenhafter.

NB-IoT geht noch einen Schritt weiter als LTE-M:

• Noch geringerer Stromverbrauch. Geräte können stundenlang zwischen Übertragungen schlafen und mit einer Batterie über 10 Jahre halten.

• Noch geringerer Durchsatz. ~20–250 kbps. Ausgelegt für Datenmengen von wenigen Kilobyte pro Tag.

• Beste Versorgung an schwierigen Orten. Erreicht Keller, unterirdische Zählerschächte und ländliche Randgebiete, wo LTE-M nicht hinkommt.

• Eingeschränkte Mobilität. NB-IoT wurde für stationäre Geräte entwickelt. Handover ist langsamer oder wird in manchen Netzen nicht unterstützt.

Wähle NB-IoT für Smart Meter, Agrarsensoren, Parksensoren, Umweltmonitore, also alles, was selten von einem festen Standort aus Daten meldet.

Ein Vorbehalt: Roaming mit NB-IoT ist lückenhaft. Wenn deine Geräte grenzüberschreitend arbeiten sollen, prüfe die Roaming-Unterstützung pro Land, bevor du dich festlegst.

LoRa / LoRaWAN

Status: Kein Mobilfunk. Nutzt lizenzfreies Spektrum (Sub-GHz-ISM-Bänder). Erfordert LoRaWAN-Gateways.

LoRa ist keine Mobilfunktechnik, konkurriert aber mit NB-IoT im IoT-Bereich mit sehr geringem Stromverbrauch und sehr geringer Bandbreite.

• Sehr große Reichweite. Mehrere Kilometer in Städten, Dutzende Kilometer auf dem Land.

• Sehr geringer Stromverbrauch. Mehrere Jahre Batterielaufzeit sind normal.

• Sehr geringe Bandbreite. Bytes pro Nachricht, keine Kilobytes.

• Lizenzfreies Spektrum. Anfällig für Störungen, keine QoS-Garantien.

• Infrastruktur nötig. Du brauchst LoRaWAN-Gateways in Reichweite, entweder eigene oder die eines öffentlichen Netzbetreibers.

LoRa ist ideal, wenn du die Gateway-Infrastruktur selbst kontrollierst (ein Campus, ein Bauernhof, eine Fabrik) oder ein landesweiter LoRaWAN-Betreiber dein Gebiet abdeckt. Ansonsten gewinnt meist LTE-M oder NB-IoT, weil die Mobilfunkabdeckung schon vorhanden ist.

Simbase betreibt keine LoRa-Netze. LoRa steht hier der Vollständigkeit halber, falls du einen Konnektivitäts-Stack auswählst.

So triffst du die Wahl

1. Wie viele Daten sendet das Gerät pro Tag?

   • Bytes → NB-IoT oder LoRa

   • Kilobytes → LTE-M oder NB-IoT

   • Megabytes → LTE Cat-1 oder Cat-4

   • Gigabytes → 5G

2. Wie viel Energie hat das Gerät?

   • Netzbetrieb → jede LTE/5G-Kategorie

   • Jahre mit einer Batterie → LTE-M oder NB-IoT

   • Ein Jahrzehnt mit einer Batterie → NB-IoT oder LoRa

3. Wo muss das Gerät funktionieren?

   • Weltweit → LTE Cat-1 (am universellsten) oder LTE-M (gute Netzabdeckung in großen Märkten)

   • Regional → NB-IoT-Unterstützung pro Land prüfen

   • In Gebäuden / unterirdisch → NB-IoT oder LTE-M

   • Ländlich / abgelegen → LTE-M oder LoRa

4. Bewegt sich das Gerät?

   • Ja (Fahrzeuge, Tracker) → LTE Cat-1, Cat-4 oder LTE-M

   • Nein (Zähler, Sensoren) → NB-IoT kommt infrage

Unterstützung durch Simbase

Simbase-SIMs funktionieren mit allen oben genannten Mobilfunktechniken (2G und 3G, wo diese Netze noch laufen, 4G LTE, 5G NR, LTE-M, NB-IoT). Welche Techniken eine bestimmte SIM nutzen kann, hängt vom SIM-Profil und vom Gerät ab. Die Netzabdeckung pro Profil findest du unter SIM-Profile.

Häufige Fragen

Weiterführende Artikel

• SIM-Profile: welche Funktechniken jedes Profil unterstützt

• Datenroaming: wie eine SIM Netze außerhalb ihres Heimatnetzbetreibers nutzt

• Quality of Service (QCI): welche Latenz und welchen Durchsatz du nach dem Verbindungsaufbau erwarten kannst

• Netzabdeckung: welche Netze und Techniken pro Land verfügbar sind

• Diagnose: prüfen, welche Technik eine SIM gerade nutzt