CAT-M1 vs NB-IoT – badanie rzeczywistych różnic

Ponieważ członkowie branży chcą zapewnić IoT łączność następnej generacji , w wydaniu 13 3GPP pojawiły się dwa różne standardy — CAT-M1 i NB-IoT .

NB-IoT kontra Cat-M2

W efekcie rynek uległ rozdrobnieniu i panuje zamieszanie. Rzeczywiście, wysiłki czynione w celu udoskonalenia każdego standardu, a także czas i pieniądze, które wchodzą w grę, zmuszają producentów chipów, dostawców sprzętu i sieci usług do dokładnego zbadania każdej opcji. Najpierw przyjrzyjmy się niektórym obiektywnym różnicom na poniższym wykresie.

Jak widać, Cat M-1 ma przewagę pod względem szczytowej szybkości transmisji danych, a także czasu wprowadzenia produktu na rynek, podczas gdy NB-IoT ma większą elastyczność w zakresie widma, które można wykorzystać w trybie działania.

Oczywiście kluczowe parametry, które najbardziej interesują dostawców, to wydajność, koszt i moc. Obecne postrzeganie rynku jest takie, że NB-IoT zapewnia lepszy zasięg, mniejsze zużycie energii i znacznie niższy koszt. Jednak bliższe, bardziej krytyczne spojrzenie na dane sugeruje, że nie jest to rzeczywistość techniczna. Przyjrzyjmy się tym 3 ważnym wskaźnikom KPI z technicznego punktu widzenia, mówi Itay Lusky, starszy dyrektor ds. strategicznego marketingu produktów w Altair Semiconductor.

Wydajność Cat-M1, Cat-M, NB-IoT, Cat-M2

Maksymalna strata sprzężenia (MCL) jest zdefiniowana jako maksymalna całkowita utrata kanału między portami antenowymi sprzętu użytkownika (UE) i eNodeB (eNB), na których usługa danych może być nadal dostarczana. W praktyce obejmuje to wzmocnienie anteny, utratę ścieżki, zacienienie i wszelkie inne zakłócenia. Im wyższy MCL, tym bardziej niezawodne jest łącze.

Według 3GPP, MCL dla CAT-M1 wynosi 155,7 dB, podczas gdy NB-IoT wynosi 164 dB – niezwykła różnica ponad 8 dB. Pozornie wskazuje to na znaczną przewagę wydajności NB-IoT. Jest to jednak zaskoczeniem, ponieważ zgodnie z teorią Shannona , niski współczynnik aproksymacji SNR jest niezależny od szerokości pasma, jeśli szum jest biały.

W rezultacie oczekiwalibyśmy:

• Podobny zasięg w łączu w górę przy takiej samej całkowitej mocy transmisji
• x6 (~8dB) lepsze pokrycie dla CAT-M1 w łączu w dół, ponieważ energia przychodzącego sygnału eNB jest x6 większa ze względu na większą wykorzystywaną przepustowość

Rzeczywiście, bliższe spojrzenie na definicję scenariusza odniesienia pokazuje, że MCL w obu standardach został zdefiniowany przy użyciu różnej mocy nadawania, liczby szumów i docelowej przepustowości, co sprawia, że ​​porównanie jest nierówne. Widać to w poniższej tabeli.

Jeśli zamiast tego zastosujemy te same założenia (równa moc Tx, poziom szumów i docelowa przepustowość), zobaczymy, że powyższe oczekiwania są spełnione: w UL oba standardy mają taki sam zasięg, a w DL CAT-M1 ma ~8dB lepszy zasięg niż NB -Internet przedmiotów.

W praktyce, gdy weźmiemy pod uwagę przeskok częstotliwości i funkcje turbo/kodowania obecne w standardzie CAT-M1, przewaga CAT-M1 jest jeszcze bardziej widoczna.

Koszt

Uważa się, że NB-IoT ma znacznie niższą strukturę kosztów w porównaniu z CAT-M1, co ma kluczowe znaczenie w produktach takich jak inteligentne urządzenia śledzące, czujniki i inteligentne liczniki.

Poniższy schemat typowego modemu pomoże nam ocenić to twierdzenie.

Schemat blokowy przedstawia wspólne elementy konstrukcyjne typowego projektu modułu. Obejmuje to bloki RF (takie jak filtry, przełączniki, PA, łańcuchy nadawania i odbioru itp.), bloki analogowe nadawania i odbioru, pasmo podstawowe („BB”), implementację protokołu obsługi procesora, pamięć, inne bloki serwisowe (kryształy, moduł zarządzania energią – Obsługa PMU, eUICC, Real Time Clock-RTC) i opcjonalnych bloków (takich jak GPS i MCU).

Większość bloków, zaznaczonych na biało, nie zmienia się w funkcji zastosowanego standardu 3GPP.

Jest to prawdą przy założeniu, że istnieje porównanie zastosowanie-zastosowanie między technologiami (tj. ta sama liczba pasm, te same usługi dodane przez operatora, te same dodatkowe możliwości, takie jak zintegrowany GPS, MCU itp.).

Głównym blokiem zmienianym między technologiami jest warstwa fizyczna (PHY) pasma podstawowego odpowiedzialna za cyfrowe przetwarzanie sygnału (DSP) modemu.

Rozmiar bloku PHY pasma podstawowego można znacznie zmniejszyć, przechodząc od przetwarzania 1,4 MHz do przetwarzania 200 kHz. Jednak biorąc pod uwagę obecną technologię, różnica wynosi ~10 centów kosztu delta, co stanowi ~2% docelowych cen modułów dla technologii 3GPP R13. Ta różnica stanie się jeszcze mniejsza za około 2-3 lata, gdy technologia dojrzeje, biorąc pod uwagę kurczenie się technologii zgodnie z prawem Moore’a.

Krótko mówiąc, NB-IoT ma przewagę kosztową nad CAT-M1, jednak jest znacznie mniejsza niż obecne postrzeganie branży.

Moc

Na pobór mocy w urządzeniach IoT składa się zarówno pobór mocy w trybie gotowości, jak i aktywny.

Pobór mocy w trybie gotowości jest funkcją projektu i zastosowanej technologii i zasadniczo nie powinien różnić się między modelami CAT-M1 i NB-IoT. Pobór mocy czynnej różni się w obu technologiach. Jest to w istocie wielokrotność przesyłanej gęstości mocy i długości transmisji.

Począwszy od aktywnego zużycia energii DL, CAT-M1 ma znacznie wyższą przepustowość (zarówno x6 w przepustowości, jak i wyższą modulację) niż NB-IoT. W rezultacie czas UE na odebranie określonych danych jest znacznie krótszy, co skutkuje szacowanym o 50% niższym zużyciem mocy czynnej niż w przypadku NB-IoT.

W przypadku UL w dobrych warunkach kanałowych CAT-M1 ma niższy pobór mocy czynnej ze względu na wyższą obsługę modulacji. W warunkach ograniczonych kanałów NB-IoT przewyższa CAT-M1 dzięki obsłudze transmisji jednotonowej. Ta korzyść prawdopodobnie zostanie zamknięta w 3GPP R14.

Podsumowując, CAT-M1 ma niższy pobór mocy czynnej w DL i UL w dobrych warunkach kanałowych. W warunkach ograniczonego kanału UL NB-IoT ma obecnie lepsze wartości mocy czynnej.

Wniosek

Zarówno CAT-M1, jak i NB-IoT są intensywnie wykorzystywane, aby stać się głównym rozwiązaniem łączności dla produktów IoT. Chociaż oba standardy radzą sobie dobrze w różnych scenariuszach, ważne jest, aby nie traktować postrzegania rynku jako wartości nominalnej, ale raczej porównać oba rozwiązania po równo, aby podjąć właściwe decyzje technologiczne.

Przeanalizowaliśmy trzy kluczowe KPI, w tym zasięg, koszt i zużycie energii. Chociaż w opinii rynku NB-IoT ma wyraźną przewagę nad CAT-M1 pod względem tych kluczowych wskaźników wydajności, dochodzimy do wniosku, że CAT-M1 w rzeczywistości oferuje korzyści w zakresie zasięgu i mocy, a jedynie minimalną niższą cenę w porównaniu z NB-IoT.

Przyszłe platformy, które obsługują zarówno CAT-M1, jak i NB-IoT, mogą ostatecznie umożliwić dostawcom zabezpieczanie ich zakładów, ale do tego czasu kluczowe jest zrozumienie danych technicznych i rozważenie rzeczywistej wartości dodanej przed dokonaniem wyboru.

Autorem tego bloga jest Itay Lusky, starszy dyrektor ds. strategicznego marketingu produktów w Altair Semiconductor

O autorze:

Itay Lusky jest starszym dyrektorem ds. strategicznego marketingu produktów w Altair Semiconductor, wiodącym dostawcy jednomodowych chipsetów LTE. Portfolio Altair obejmuje pełne spektrum potrzeb rynku komórkowego 4G, od aplikacji wideo-centrycznych z doładowaniem aż po ultraniską moc, tani IoT i M2M. Firma Altair dostarczyła do tej pory miliony chipsetów LTE, które zostały wdrożone komercyjnie w najbardziej zaawansowanych sieciach LTE na świecie.

Skomentuj ten artykuł poniżej lub na Twitterze: @IoTnow_ LUB @jcIoTnow