Für manche Anwendungen braucht man Konnektivität, auch wenn es keine Infrastruktur gibt. In solchen Fällen können LTE-Router selbst an abgelegenen Standorten Konnektivität bereitstellen. 

Der folgende Blog zielt darauf ab, einige grundlegende Prinzipien von LTE zu vermitteln und einige Anwendungsszenarien zu zeigen. 

LTE (Long-Term-Evolution) ist die vierte Generation (4G) der drahtlosen Mobilfunkdienste für Smartphones und mobile Geräte. Der 4G/LTE-Standard wurde entwickelt um höhere Datenraten als 3G bereitzustellen. Neben den hohen möglichen Datenraten bietet LTE auch weitere Vorteile:
  

• Es können nicht nur Daten sondern auch Sprache übertragen werden (Voice over LTE)
• Geringe Latenzzeiten
• Niedriger Stromverbrauch
• Schnelles, netzwerkübergreifendes Handover
• Stabilere Verbindungen, auch in Bewegung wie Z.B. Bahn oder Auto

LTE verwendet die LTE-UE-Kategorien (User Equipment) um die Leistungsspezifikation des Gerätes zu definieren. Jede LTE-Kategorie hat feste Parameter wie Bandbreite, Leistung etc. Diese teilt den Nutzer oder Basisstation mit was man von einem Gerät erwarten kann. So wird die LTE-Kategorie M1 standardmäßig für IOT-Geräte verwendet und erfordert niedrige Datenraten, während LTE CAT12 für High-End Smartphones verwendet wird.

Die für uns wichtigsten LTE-Kategorien sind wie folgt:
 

Kategorie	Download	Upload	Carrier Aggregation
LTE CAT4	150 Mbit/s	50 Mbit/s	Nein
LTE CAT6	300 Mbit/s	50 Mbit/s	Ja
LTE CAT12	600 Mbit/s	100 Mbit/s	Ja

CAT6 ermöglicht auch Carrier Aggregation wodurch man Downloadgeschwindigkeiten von bis zu 300Mbit/s erreicht. Dabei werden mehrere Frequenzbänder gleichzeitig genutzt. Dies ist ein großer Vorteil wenn es viele LTE-Nutzer in der Umgebung gibt. Es bietet eine höhere Effizienz bei schwachem Signal und in einer überfüllten Umgebung.

Die Mobilfunktechnologie verwendet Radiowellen, um Daten zu übertragen. LTE-Bänder sind diskrete Frequenzbereiche, die für die Telekommunikation genutzt werden. 
So wird beispielsweise für das LTE-Band 1 eine Frequenz von 2100 MHz (Megahertz) angegeben, tatsächlich werden aber für den Datenupload Frequenzen zwischen 1920 und 1980 MHz und für den Datendownload Frequenzen zwischen 2110 und 2170 MHz verwendet.

 
LTE-Router suchen sich das verwendete Frequenzband selbständig aus. Nun kann es aber vorkommen, dass das ausgewählte Frequenzband nicht das ideale ist. Es gibt die Möglichkeit dies händisch festzulegen. Dadurch kann man sicherstellen, dass das optimale Frequenzband verwendet wird. 
 
 
Frequenzbandfestlegung bei einem Teltonika LTE-Router


Je nach Land werden verschiedene Frequenzbänder genutzt. Es ist daher ratsam sich anzusehen welche Frequenzbänder vom gewählten LTE-Router unterstützt werden.
 

Der Einsatzort spielt bei der Auswahl eines LTE-Routers eine große Rolle. Während in abgelegenen Gebieten der Empfang oft schlecht ist, hat man in Städten durch die hohe Anzahl der Mobilfunknutzer häufig Interferenz oder sogar eine Überlastung des Netzes. 
Eine externe Antenne kann hier Abhilfe schaffen.
Grundsätzlich gibt es hier zwei Antennentypen – Omniantennen und Richtantennen. Folgend ist eine Aufzählung der wichtigsten Charakteristiken, mitsamt den Vor- und Nachteilen.

Omni-Antennen:
 

• Können das Signal aus jeder Richtung empfangen. D.h. der LTE-Router kann über verschiedene Mobilfunk-Basisstationen in jede Richtung roamen. Wenn eine der Mobilfunkbasisstationen überlastet oder defekt ist, ist die Möglichkeit einen anderen Standort zu empfangen besser als bei einer Richtantenne. Daher ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass die Verbindung in solchen Situationen stabil bleibt.
• Allerdings kann man dadurch auch Störungen von allen Richtungen empfangen. Der oben genannte Vorteil kann sich bei einer stark überfüllten Umgebung zum Nachteil entwickeln.
• Der Antennengewinn ist bei Omni-Antennen in der Regel geringer als bei Richtantennen. 
• Eine Omni-Antenne ist einfacher zu installieren als Richtantennen und muss nicht ausgerichtet werden, auch wenn sich das Netz ändert (neue Standorte, Netzprobleme etc.).

Richtantennen:
 

• Bei großer Entfernung zu Mobilfunkmasten und nur geringem Signalempfang von einem einzigen Standort, ist die Richtantenne oft die bessere Wahl.
• Der Vorteil ist, dass das Signal aus der Zielrichtung durch die Richtwirkung verbessert wird (wie eine Verstärkung). Die Interferenz aus anderen Richtungen wird somit unterdrückt. Die Stabilität des Empfangs ist damit besser, allerdings nur wenn die Zielbasisstation nicht überlastet oder defekt ist.
• Die Installation ist bei Richtantennen komplexer da die Antenne auf die Zielbasisstation ausgerichtet werden muss. Die Auswahl des Standortes, auf den die Antenne ausgerichtet werden soll, kann nicht einfach sein.
• Sollte die Zielbasisstation überlastet oder defekt sein, hat dies große Auswirkungen auf den Empfang. Von der generellen Stabilität her, kann die Omni-Antenne die bessere Wahl sein.
• In Orten mit fast gar keinem Empfang oder in Umgebungen mit hoher Interferenz performt die Richtantenne am besten. 

   
Es ist allerdings auch auf das verwendete Kabel zu achten. Idealerweise ist die Länge des Kabels maximal 5 Meter da ansonsten die Dämpfung zu groß wird und sich der Empfang am Gerät verschlechtert. Ein Beispiel dazu:
  
Es wird eine LTE-Antenne mit einem Antennengewinn (Gain) von 5dBi genommen. Das verwendete Kabel hat eine Dämpfung von 50dB pro 100 Meter. Ist das Kabel nun 5 Meter lang, hat man eine Dämpfung von 2,5 dB. Bei einer Kabellänge von 10 Meter hätte man genauso viel Dämpfung wie Antennengewinn!

LTE-Netze werden stark von IOT-Lösungen verwendet, um Maschinen und Geräte zu verbinden und Ihnen das Senden und Empfangen von Daten zu ermöglichen. Das IoT gab es schon vor der Einführung von LTE, aber die höhere Geschwindigkeit und Durchsatz von LTE ermöglichten es den IoT-Systemen, größere und komplexere Systeme mit höherer Präzision zu steuern.
 
Eine kommerzielle Version von LTE ist in 4G-Smartphones enthalten und eine spätere Version namens LTE Advanced bietet noch schnellere Datenraten und geringere Latenzzeiten. Speziell hier sticht der geringe Stromverbrauch hervor. 
 
LTE-Lösungen sind auch in der Transportbranche weit verbreitet. Nachfolgend finden Sie eine Fallstudie, in der LTE-Router von Teltonika Networks in Zügen eingesetzt wurden, um eine Lösung zur Personenzählung gegen Covid zu unterstützen. In Zusammenarbeit mit der italienischen Firma Guglielmo wurden RUT955-Router eingesetzt, um Daten vom Personenzählsystem über MQTT an das Tablet des Fahrers zu übertragen.

Weitere Informationen dazu finden Sie hier.

Für LTE-Lösungen verwenden wir hauptsächlich Teltonika Networks. Sie bieten flexible Anpassungsmöglichkeiten und ein robustes Design.  Ihre Produkte reichen von Gateways über Router bis hin zu Switches. Jedes Gerät kann über den Remote Management Service von Teltonika Networks aus der Ferne verwaltet werden.

TRB255
  

• Der TRB255 kann zur Integration moderner und älterer Industrieanlagen in eine Lösung über RS232-, RS485- und Ethernet-Schnittstellen verwendet werden. Er verwendet ein LTE-Kategorie M1 & NB-IoT Modem. NB-IoT ist eine Low Power Wide Area Technologie mit geringem Energiebedarf und hoher Gebäudedurchdringung. 
• Durch dieses Modem sowie den Ethernet/RS285/RS485-Schnittstellen, findet der TRB255 vor allem in der Überwachung und dem Remote Management von Fertigungsanlagen Gebrauch.

RUT240
 

• Der RUT240 ist ein preiswerter, kleiner LTE-Router mit zwei 100Mbps Ethernet Ports und zusätzlichem WLAN. Er verfügt über ein LTE-Modem der Kategorie 4.
• Es wird vor allem bei Anwendungen eingesetzt, bei denen nur relativ kleine Datenmengen übertragen werden oder bei denen die Größe ein Problem darstellen kann. Autonome Roboter oder Ladestationen für Elektrofahrzeuge sind perfekte Beispiele.

 
RUTX11
 

• Der RUTX11 ist im Vergleich zum RUT240 etwas größer, hat aber auch viel mehr Funktionen. 
•  Anstatt zwei 100Mbps Ports, verfügt der RUTX11 über vier Gigabit Ports. Bluetooth und GPS werden ebenfalls unterstützt. Die WLAN-Funktionalität wurde verbessert. Das Modem ist auf die Kategorie 6 aufgerüstet worden und ein zusätzlicher Simkartenslot steht für Redundanz bereit.
• Durch die Bluetooth-Unterstützung können auch Sensoren angebunden werden. Dadurch kann dieser Router auch in Verkaufsautomaten oder zur Nachverfolgung in der Lagerlogistik verwendet werden.

Aufgrund der Gigabit Ports und dem KAT6 Modem, kann der RUTX11 auch für Videostreaming verwendet werden. Hier ist ein Fallbeispiel in Verbindung mit Hikvision. 


Mehr von Hikvision erfahren Sie hier.

Das Teltonika RMS ist eine zentralisierte Onlineplattform für die Verbindung von Teltonika Geräten. Es ermöglicht den Zugriff, Überwachung und Steuerung der Geräte mit minimalem Zeitaufwand. Dieses System kann die Aktionen der Geräte aufzeichnen und erleichtert somit die Wartung und Diagnose bei Fehlern. Es ist auch möglich andere Geräte über RDP oder VNC fernzusteuern. 
 

Eine Übersicht dazu ist hier auffindbar.