Das Nachbarproblem: LoRaWAN- und Mobilfunknetze nebeneinander

Stell dir vor, du versuchst, dich in einem Raum direkt neben einem Rockkonzert leise zu unterhalten, getrennt nur durch dünne Papierwände. Obwohl ihr in verschiedenen Räumen seid, ist es wegen der ohrenbetäubenden Lautstärke des Konzerts von nebenan fast unmöglich, etwas zu verstehen. Aber jetzt kommt der Clou: Du musst dich ab und zu mit deinen Freunden auf der anderen Straßenseite unterhalten – und störst dabei die Rockkonzert-Fans nebenan, die das gar nicht mögen.

Genau das passiert, wenn LoRaWAN-Gateways, die mit 922–925 MHz arbeiten, in der Nähe von Mobilfunktürmen in Pakistan und in ganz Asien platziert werden.

In diesem Artikel gehen wir der Frage nach, warum dieses „Nachbarproblem“ auftritt, welche technischen Herausforderungen es mit sich bringt und was Sie tun können, um Ihr Netzwerk sicher und zuverlässig bereitzustellen.

Die Nachbarn verstehen

In Pakistan und dem größten Teil Asiens nutzen Mobilfunknetze das sogenannte erweiterte GSM-900-Spektrum, E-GSM 900, das in zwei separaten Frequenzbändern arbeitet:

• 880–915 MHz für Uplink (Mobiltelefone, die zum Basisstationsturm senden)
• 925–960 MHz für Downlink (Basisstationsturm sendet an Mobiltelefone)

Ihre LoRaWAN-Gateways arbeiten im Frequenzbereich von 922–925 MHz – genau zwischen diesen beiden großen Mobilfunknetzen. Stellen Sie sich das wie Nachbarn in benachbarten Wohnungen mit sehr dünnen Wänden vor, deren Aktivitäten sich gegenseitig stören können.

Was passiert also, wenn einer dieser Nachbarn zu laut wird? Schauen wir uns die erste Herausforderung an.

Problem Nr. 1: Der „Laute-Nachbar“-Effekt – Mobilfunkstörungen bei LoRaWAN

Wenn der Mobilfunkmast sendet

Mobilfunkmasten sind unglaublich leistungsstark – sie senden mit 20–80 Watt (oder sogar mehr), um Mobiltelefone in mehreren Kilometern Entfernung zu erreichen. Obwohl sie eigentlich auf ihren vorgesehenen Downlink-Frequenzen (925–960 MHz) senden sollen, ist ihre Leistung so hoch, dass ihr Signal in benachbarte Frequenzen „überstrahlt“. Das ist vergleichbar mit dem Schall, der von einer extrem lauten Musikanlage durch Wände dringt.

Die Mobilfunk-Downlink-Frequenz im Bereich von 925–960 MHz liegt nur 0–3 MHz von der Frequenz Ihres LoRaWAN-Gateways entfernt, das im Bereich von 922–925 MHz arbeitet. Selbst eine minimale Übersprechung – vielleicht nur 0.001 % der Sendeleistung des Mobilfunkmastes – kann die deutlich schwächeren LoRaWAN-Signale, die Ihr Gateway empfangen soll, vollständig überlagern.

Die Herausforderung „Empfindliche Ohren“

LoRaWAN-Gateways sind darauf ausgelegt, extrem schwache Signale von Sensoren zu empfangen, die 10–15 Kilometer entfernt sein können. Sie werden mit winzigen Batterien betrieben und senden mit einer Leistung von nur 25 Milliwatt. Es ist, als würde man versuchen, ein Flüstern über ein Fußballfeld hinweg zu hören.

Der Leistungsunterschied ist enorm: Ein Mobilfunkmast sendet mit 40,000 Milliwatt (40 Watt), während Ihr Gateway Signale von nur 0.000000001 Milliwatt (einem Nanowatt) empfängt. Das ist ein Unterschied um das Hundertmilliardenfache.

Bei Störungen durch nahegelegene Mobilfunkmasten ist es, als versuche man, ein entferntes Flüstern zu hören, während jemand mit einem Megafon direkt neben einem steht. Der Empfänger Ihres Gateways wird durch die benachbarten Mobilfunksignale überlastet, unempfindlich gemacht oder vollständig blockiert.

Ohne ordnungsgemäße Filterung wird Ihr LoRaWAN-Gateway Folgendes tun:

• Es verpasst 50–90 % der Sensormeldungen, die es empfangen sollte
• Es soll eine „tote Zone“ geschaffen werden, in der LoRaWAN-Geräte einfach nicht kommunizieren können.
• Funktioniert im Labor einwandfrei, versagt aber vollständig im Einsatz in der Nähe von Mobilfunkinfrastruktur.

Nachdem wir gesehen haben, wie Mobilfunksignale LoRaWAN stören können, drehen wir die Situation nun um – was passiert, wenn LoRaWAN zum Störenfried wird?

Problem Nr. 2: Der „störende Nachbar“-Effekt – LoRaWAN-Interferenzen mit Mobilfunk

Hier liegt der entscheidende Punkt, den die meisten übersehen: Wenn Ihr LoRaWAN-Gateway Downlink-Nachrichten mit 922–925 MHz an die Sensoren sendet, werden Sie zum Störfaktor. Sie strahlen nun HF-Leistung ab, die nur 7–10 MHz von der Frequenz entfernt ist, auf der die Mobilfunkbasisstation im Bereich von 880–915 MHz nach Mobilfunkgesprächen sucht.

Die Mobilfunkbasisstation verfügt über einen extrem empfindlichen Empfänger, der schwache Mobilfunksignale empfängt. Ihr LoRaWAN-Gateway, das möglicherweise auf demselben Dach oder Turm montiert ist, beginnt plötzlich im Frequenzband von 922–925 MHz zu senden. Obwohl Sie sich in Ihrem eigenen Frequenzband befinden, können schlecht konstruierte Geräte Störungen außerhalb des Frequenzbandes verursachen, die in das Uplink-Band des Mobilfunks gelangen.

Lesen Sie weiter, um zu erfahren, warum dieses Szenario sowohl technisch als auch rechtlich noch problematischer sein kann.

Warum dies tatsächlich das schlimmere Problem ist

1. Sie stören einen kommerziellen Dienst
   Sie sind nicht nur ein Opfer von Störungen – Sie könnten ein kommerzielles Mobilfunknetz stören, das Tausende oder Millionen zahlender Kunden bedient.
2. Rechtliche und regulatorische Konsequenzen
   Mobilfunkbetreiber sind lizenzierte Dienste mit geschützten Frequenzrechten. Sie haben das Recht, die Abschaltung Ihrer Geräte zu verlangen, wenn Sie Störungen verursachen.
3. Die Machtverhältnisse arbeiten gegen Sie.
   Mobilfunkbetreiber verfügen über deutlich mehr Ressourcen, regulatorische Unterstützung und eine stärkere Rechtsposition als ein LoRaWAN-Anbieter. Die Beweislast für die Einhaltung der Vorschriften liegt bei Ihnen.
4. Koordinationsanforderungen
   In vielen Rechtsordnungen erfordert der Einsatz von HF-Geräten in der Nähe von Mobilfunkinfrastruktur eine vorherige Abstimmung, Zertifizierung und Dokumentation.

Das bedeutet, die Risiken reichen weit über Signalverluste hinaus – sie können die Glaubwürdigkeit und Rechtmäßigkeit Ihres Projekts beeinträchtigen. Wie können Sie also die Vorschriften einhalten?

Was „Kollokationsanforderungen“ wirklich bedeuten

Dieser Fachbegriff bedeutet: Wenn Sie verschiedene Funkgeräte nahe beieinander aufstellen möchten, ohne dass diese sich gegenseitig stören, müssen Sie bestimmte technische und regulatorische Regeln einhalten.

Für LoRaWAN-Gateways im Außenbereich, die im Frequenzbereich von 922–925 MHz in der Nähe von E-GSM-900-Mobilfunkinfrastruktur arbeiten, müssen die Anforderungen an die Standortzusammenlegung beide Probleme lösen: Schutz ab Zellinterferenzen und Schutz of Mobilfunknetze.

Schauen wir uns als Nächstes an, welche technischen Schritte dazu beitragen, diese Probleme zu vermeiden.

Schutz vor Mobilfunkstörungen (Problem Nr. 1)

1. Korrekte Filterung beim Empfang
   • Hochwertige Bandpassfilter, die zellulare Downlink-Signale (925–960 MHz) blockieren
   • Billige Gateways umgehen diese Filter oft, um Kosten zu sparen.
2. Empfänger Spezifikationen
   • Hoher Dynamikbereich zur Verarbeitung starker Nachbarkanalsignale
   • Gute Selektivität und angemessener IP3-Wert (Intercept-Punkt dritter Ordnung)
   • Digitale Signalverarbeitung zur Reduzierung von Intermodulation und Rauschen
3. Physische Trennung
   • Ausreichender Antennenabstand zwischen LoRaWAN- und Mobilfunkantennen
   • Montage von LoRaWAN-Antennen auf gegenüberliegenden Seiten von Strukturen
   • Vertikale oder horizontale Trennung zur Reduzierung der Kopplung

Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie sich LoRaWAN-Übertragungen auch auf Mobilfunknetze auswirken können – und welche Schutzmaßnahmen unerlässlich sind, um dies zu verhindern.

Schutz von Mobilfunknetzen (Problem Nr. 2 – Das kritische Problem)

1. Extrem saubere LoRaWAN-Sender
   • Steile Filterung auf der Sendeseite
   • Einhaltung der Anforderungen an die Spektralmaske (–60 dBc oder besser)
   • Geringes Phasenrauschen und geringe Störaussendungen
2. Emissionsgrenzwerte außerhalb des Bandes
   • Muss die regulatorischen Anforderungen im Mobilfunk-Uplink-Band (880–915 MHz) erfüllen
   • Erfordert, dass die Emissionen 60–80 dB unter dem LoRaWAN-Signalpegel liegen.
3. Power Management
   • Kontrollierte Sendeleistung zur Vermeidung einer Überlastung benachbarter Empfänger.
4. Abschirmung und Erdung
   • Geeignete Metallabschirmung und solide elektrische Erdung
5. Konformitätsprüfung und Zertifizierung
   • Spektrumanalyse und Zertifizierung vor dem Einsatz
   • Dokumentation für Aufsichtsbehörden

Sobald diese Maßnahmen umgesetzt sind, können beide Systeme parallel und störungsfrei betrieben werden – allerdings nur, wenn das Gateway-Design dies auch tatsächlich zulässt.

Die Auswirkungen auf die reale Welt

Szenario 1: Verwendung eines billigen, nicht konformen Gateways
Zu den unmittelbaren Problemen gehören verpasste Nachrichten und Funklöcher. Innerhalb weniger Tage kann der Mobilfunkanbieter vermehrtes Rauschen feststellen, es Ihrem Gerät zuordnen und die Abschaltung anordnen.

Szenario 2: Verwendung geeigneter Ausrüstung für die Kollokation
Ein gut konzipiertes Gateway kann eine zuverlässige LoRaWAN-Leistung gewährleisten und gleichzeitig alle Vorschriften vollständig einhalten und den Mobilfunkbetrieb schützen.

Es ist klar, dass eine solide Ingenieursleistung hier nicht optional ist – sie ist unerlässlich für den Erfolg. Doch wo treten diese Probleme am häufigsten auf?

Länder, in denen dieses wechselseitige Problem besteht

Diese Herausforderung betrifft praktisch alle Länder, in denen beide Bedingungen gegeben sind:

1. E-GSM 900 Mobilfunknetze (880–915 MHz / 925–960 MHz)
2. LoRaWAN in den AS923-Bändern (920–928 ​​MHz-Bereich)

Kritische Interferenzzonen in Asien:
Südasien – Pakistan, Bangladesch, Sri Lanka, Nepal, Bhutan
Südostasien – Thailand, Malaysia, Singapur, Indonesien, Vietnam, Myanmar, Kambodscha, Laos, Brunei
Naher Osten – Iran, Irak, Saudi-Arabien, Vereinigte Arabische Emirate, Kuwait, Katar, Bahrain, Oman, Jordanien, Libanon
Zentralasien – Usbekistan, Turkmenistan, Kirgisistan, Tadschikistan
Außerdem: Mongolei und viele andere asiatische Nationen

Wenn Sie einen Einsatz in einer dieser Regionen planen, lesen Sie weiter – in den nächsten Abschnitten wird erklärt, wie Sie sich vorbereiten und welche Ausrüstung Sie auswählen sollten.

Die wichtige Ausnahme

Indien nutzt für LoRaWAN das IN865-Band (865–867 MHz), das weit genug vom E-GSM-900-Band entfernt liegt, um die damit verbundenen Probleme der Frequenzkollision zu vermeiden. Indien hat eine kluge Entscheidung getroffen, die zu einer deutlich weniger störungsanfälligen Frequenzumgebung für LoRaWAN geführt hat.

Dieses Beispiel zeigt, wie die Angleichung der regulatorischen Rahmenbedingungen die Zuverlässigkeit des Netzwerks direkt verbessern kann.

Europa auch

Nahezu alle europäischen Länder nutzen E-GSM 900 und stehen daher vor denselben Herausforderungen. Aus diesem Grund enthalten die europäischen Normen (ETSI EN 300 220) strenge Anforderungen an die Standortwahl, die professionelle Hersteller von LoRaWAN-Gateways erfüllen müssen.

Mit anderen Worten: Dies ist nicht nur ein asiatisches Problem – es ist ein globales Problem.

Warum man nicht einfach billige Gateways im Internet kaufen kann

Gateways für Endverbraucher sind für Umgebungen mit sauberem Frequenzspektrum und minimalen Störungen ausgelegt.
Gateways der Colocation-Klasse hingegen sind für Folgendes konzipiert:

• Betrieb in feindlichen HF-Umgebungen
• Schutz vor und von Mobilfunknetzen
• Einhaltung der Emissionsgrenzwerte
• Zuverlässige Leistung im professionellen Einsatz

Wenn Zuverlässigkeit für Ihr Unternehmen von Bedeutung ist, kann dieser Unterschied über Erfolg oder Misserfolg Ihres IoT-Projekts entscheiden.

Was ein optimales Gateway-Design kostet

Die für Colocation-Gateways erforderlichen zusätzlichen technischen Anforderungen umfassen:

• Hochleistungsfilter
• Hochwertige HF-Komponenten
• Digitales Design mit fortschrittlichen Techniken
• Geeignete Abschirmung durch gefräste oder gegossene Metallgehäuse
• Prüfung und Zertifizierung durch akkreditierte Labore
• Erfahrene Expertise im Bereich HF-Technik

Dies könnte die Kosten für jedes Gateway um 250 bis 500 Dollar erhöhen, aber es ist der Unterschied zwischen einem zuverlässigen und legalen Netzwerk und einem, das von Ausfall oder Abschaltung bedroht ist.

Was genau sollten Sie also überprüfen, bevor Sie sich für einen Anbieter entscheiden? Werfen wir einen Blick auf die Checkliste.

Compliance-Box: Was Sie Ihren Lieferanten fragen sollten

Bevor Sie LoRaWAN-Gateways in der Nähe von Mobilfunkinfrastruktur kaufen oder einsetzen, vergewissern Sie sich, dass Ihr Anbieter vollständige Transparenz und die erforderlichen Konformitätsdokumente bereitstellt. Fragen Sie nach:

Anforderung	Was anfordern
OOBE-Berichte (Emissionen außerhalb des Bandes)	Nachweis, dass das Gateway die regionalen Emissionsgrenzwerte einhält (z. B. ETSI, FCC oder lokale Behörden).
Blockierungs- und Nachbarkanal-Selektivitätstests	Daten, die zeigen, dass der Empfänger starke GSM900-Signale in der Nähe ohne Desensibilisierung verarbeiten kann.
IP3- und Intermodulationstests	Überprüfung, ob Empfänger und Sender des Gateways in Umgebungen mit gemischten Signalen Verzerrungen widerstehen können.
Zusammenfassungen der durchgeführten und abgestrahlten Prüfungen	Ergebnisse eines akkreditierten Labors, die die Leistungsfähigkeit unter realen HF-Bedingungen demonstrieren.
Zertifizierung der Einhaltung der Colocation-Vorgaben	Bestätigung, dass das Gerät auf sicheren Betrieb in der Nähe lizenzierter Mobilfunkinfrastruktur getestet wurde.

Professionelle Gateways beinhalten diese Berichte als Teil ihrer technischen Dokumentation – zögern Sie nicht, diese vor der Bereitstellung anzufordern.

Schauen wir uns nun an, wie ein reibungsloser und vorschriftsmäßiger Installationsprozess gewährleistet werden kann.

Vor dem Einsatz: Wichtige Checkliste

Einige wenige wesentliche Schritte können kostspielige Interferenzprobleme verhindern und einen zuverlässigen LoRaWAN-Betrieb in Umgebungen mit hoher Mobilfunkdichte gewährleisten:

1. Zertifizierung validieren – Stellen Sie sicher, dass Ihr Gateway die Colocation-Standards erfüllt und über aktuelle Emissionsberichte verfügt.
2. Führe eine Spektrumanalyse durch – Messen Sie die Signalaktivität an Ihrem Installationsort, um GSM900-Träger und nahegelegene Sender zu identifizieren.
3. Plan Antennenabstand – Halten Sie einen physischen Abstand (horizontal oder vertikal) zwischen LoRaWAN- und Mobilfunkantennen ein, um die Kopplung zu minimieren.
4. Verwenden Sie geeignete Filter und Abschirmungen – Verwenden Sie hochwertige HF-Filter und geerdete Metallgehäuse, um unerwünschte Emissionen zu unterdrücken.
5. Abstimmung mit Mobilfunkbetreibern – Benachrichtigen oder konsultieren Sie die lokalen Betreiber, wenn Sie Gateways in der Nähe von gemeinsam genutzten Mobilfunkmasten oder auf Dächern installieren.

Eine sorgfältige Planung und Überprüfung schützen sowohl Ihr IoT-Netzwerk als auch nahegelegene lizenzierte Dienste und gewährleisten so langfristige Zuverlässigkeit, Konformität und sorgenfreie Nutzung.

Glossar 

OOBE (Emissionen außerhalb des Frequenzbandes): Unerwünschte Funksignale, die außerhalb des dem Gerät zugewiesenen Frequenzbereichs ausgesendet werden.
dBc: Dezibel relativ zur Trägerleistung, um auszudrücken, wie viel schwächer die unerwünschten Emissionen im Vergleich zum Hauptsignal sind.
Blockierung: Die Fähigkeit des Empfängers, seine Leistungsfähigkeit aufrechtzuerhalten, wenn in der Nähe starke Signale gleicher Frequenz vorhanden sind.
IP3 (Intercept-Punkt dritter Ordnung): Ein Maß dafür, wie gut ein Empfänger oder Sender starke Signale ohne Verzerrungen verarbeiten kann.
Intermod (Intermodulation): Störsignale entstehen, wenn sich zwei oder mehr Frequenzen in nichtlinearen Bauteilen vermischen.
Spektralmaske: Eine regulatorische Grenze, die festlegt, wie weit sich die Sendeleistung eines Senders auf benachbarte Frequenzen ausbreiten darf.

Beim Einsatz von LoRaWAN in der Nähe von Mobilfunkinfrastruktur gewährleisten Sie nicht nur eine zuverlässige IoT-Performance, sondern schützen auch kritische öffentliche Kommunikationssysteme. Beide Ziele erfordern technische Sorgfalt, geeignete Filterung und die Überprüfung der Konformität mit den geltenden Vorschriften.

Indem Sie das „Nachbarproblem“ verstehen und diese bewährten Verfahren anwenden, können Sie Netzwerke aufbauen, die zuverlässig funktionieren, effizient skalieren und überall dort, wo sie eingesetzt werden, die Vorschriften einhalten.