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12 2022 Elektronik 19 EmbEddEd SyStEmS Für die Charakterisierung von Funktechniken hinsichtlich ihres Energiebedarfs kann ein automatischer Messaufbau Bild 3 dienen mit dem verschiedene Techniken und Implementierungen kabelgebunden im Labor verglichen werden können Messergebnisse für LTE-Cat NB1 Um den Einfluss aller relevanten Größen ermitteln zu können besteht der Messaufbau Bild 3 für LTE-Cat NB1 LTE-Cat Maus einer Emulation der Basisstation die mit dem zu untersuchenden Funkmodul verbunden ist Die Parameter werden von einem Testrechner auf beiden Seiten eingestellt Über einen Leistungsanalysator wird die Stromaufnahme des Moduls über der Zeit Bild 4 automatisiert gemessen Die resultierenden Daten der Messreihen werden danach extrahiert den einzelnen Kommunikationsphasen zugeordnet und für eine nachfolgende Modellbildung ausgewertet Diese Energiedaten bilden die Grundlage für die Berechnung der Laufzeit in konkreten Anwendungsfällen So werden zum Beispiel in einem Anwendungsfall zur Zustandsüberwachung 1024 Byte Datenübertragung in 20-Minuten-Intervallen über 10 km Entfernung gefordert Die Messung in Bild 4 zeigt den Energiebedarf dieses Szenarios mit einem kommerziellen LTE-Cat-NB1-Modul mit einem Gesamtenergiebedarf von 955 mJ für eine Übertragung im Detail mit den einzelnen Phasen der LTE-Cat-NB1-Übertragung Der Stromverlauf kann in zwei große Teile gegliedert werden einerseits die Datenübertragung vom Sensorknoten UE User Equipment zur Basisstation eNB Evolved Node Bin rot Sync und in blau TX und andererseits die Wartezeit in der Nachrichten vom eNB zum UE erwartet werden cDRX in grün Die beiden Phasen können aufgrund ihrer Differenz in der Stromaufnahme identifiziert und unterteilt werden Danach fällt das Modul wieder in den Idle Mode zurück in dem mittels eDRX PSM die Netzwerkverbindung aufrechterhalten wird In Abhängigkeit vom Anwendungsfall kann die Energieaufnahme des Funkmoduls optimiert und damit die Laufzeit verlängert werden Relevante Parameter werden vom Netzwerk Basisstation oder vom Funkmodul Endgerät festgelegt Es gibt zwei grundlegende Kommunikationszustände »Connected« mit Nutzdatenaustausch und »Idle« mit minimaler Netzwerkkommunikation Das Funkmodul bestimmt hauptsächlich die Zeiten in denen es für das Netzwerk erreichbar ist So können über den RAI Release Assistant Indicator quasi unidirektional Daten verschickt und die Empfangszeiten im »Connected«-Zustand minimiert werden Während der »Idle«-Phase kann in eDRX extended Discountinuous Reception -Phasen mit sehr geringem Energieaufwand die Netzwerkverbindung aufrechterhalten werden oder im Power Saving Mode PSM bei minimaler Energieaufnahme für eine festgelegte Zeit die Netzwerkkommunikation ausgesetzt werden ohne den Anmeldestatus zu verlieren In welchem Umfang diese Mittel eingesetzt werden können hängt stark vom Anwendungsfall ab Das Netzwerk beeinflusst über den Extended Coverage Level der von den Kanaleigenschaften abhängt wichtige Faktoren So werden z Bdie Sendeleistung des Funkmoduls die Anzahl und der Abstand der OFDM-Unterträger Orthogonal Frequency Division Multiplex bei der Kommunikation und die Anzahl der Sendewiederholungen in Abhängigkeit von der Signalqualität festgelegt Bild 5 Diese Netzwerkparameter haben erheblichen Einfluss auf die Energieauf-Bild 7 Funksensorsystem mit Mioty-Protokoll und energieautarken Funksensoren Der Funksensor grün wird von einem thermoelektrischen Energiewandler versorgt Bild Fraunhofer IIS Bild 6 Beispiel für eine Mioty-Messung Messaufbau siehe Bild 3 Aufgezeichnet ist der Energiebedarf bei bidirektionaler Übertragung von 10 Byte Nutzdaten mit Empfangsbestätigung Bild Fraunhofer IIS