CAT-M1 против NB-IoT - изучение реальных различий

Поскольку отраслевые игроки стремятся обеспечить подключение к Интернету вещей следующего поколения, в версии 13 3GPP появились два разных стандарта - CAT-M1 и NB-IoT . .

NB-IoT против Cat-M2

Впоследствии рынок стал фрагментированным, и справедливо сказать, что путаницы предостаточно. Действительно, прилагаемые усилия по развитию каждого стандарта, а также время и деньги, поставленные на карту, подталкивают производителей микросхем, поставщиков оборудования и сервисных сетей к тщательному изучению каждого варианта. Во-первых, давайте посмотрим на некоторые объективные различия в таблице ниже.

Параметр	CAT-M1 (CAT-M)	NB-IoT
Пропускная способность	1,4 МГц	200 кГц
Режимы работы	Внутриполосный	Внутриполосное, защитное, автономное (диапазоны GSM)
Дуплексный режим	HD-FDD / FDD / TDD	HD-FDD (TDD обсуждается)
Пиковая скорость передачи данных	375 Кбит / с (HD-FDD), 1 Мбит / с (FDD)	~ 50 кбит / с для HD-FDD (еще не определено в 3GPP)
Мощность передачи UL	23 дБм 20 дБм	23 дБм, обсуждается более низкая мощность
Поддержка VoLTE	Будет поддерживаться	Не поддерживается
Поддержка мобильности	Полная поддержка мобильности	Нет подключенной мобильности (только повторный выбор режима ожидания)
TTM	Преимущество на 6–9 месяцев (ориентировочно)	Стандарт еще не доработан Некоторые аспекты перенесены на R14

Как мы видим, Cat M-1 имеет преимущество в пиковой скорости передачи данных, а также в сроках выхода на рынок, в то время как NB-IoT имеет большую гибкость в спектре, который можно использовать, и режимах работы.

Конечно, ключевыми параметрами, которые больше всего интересуют провайдеров, являются производительность, стоимость и мощность. Текущее мнение рынка таково, что NB-IoT предлагает лучшее покрытие, более низкое энергопотребление и значительно более низкую стоимость. Однако более внимательный и критический взгляд на данные показывает, что это не техническая реальность. «Давайте углубимся в эти 3 важных KPI с технической точки зрения», - говорит Итай Ласки, старший директор по стратегическому маркетингу продуктов Altair Semiconductor .

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

Максимальные потери связи (MCL) определяются как максимальные общие потери в канале между антенными портами пользовательского оборудования (UE) и eNodeB (eNB), на которых все еще может доставляться услуга передачи данных. Практически он включает усиление антенны, потери на трассе, затенение и любые другие искажения. Чем выше MCL, тем надежнее ссылка.

Согласно 3GPP, MCL для CAT-M1 составляет 155,7 дБ, а NB-IoT - 164 дБ - необычайная разница более чем на 8 дБ. На первый взгляд, это будет означать значительное преимущество для производительности NB-IoT. Тем не менее, это вызывает удивление, потому что, согласно теории Шеннона, аппроксимация низкого отношения сигнал / шум не зависит от ширины полосы, если шум белый.

В результате мы ожидали:

• Аналогичное покрытие в восходящем канале при одинаковой общей мощности передачи.
• x6 (~ 8 дБ) лучшее покрытие для CAT-M1 в нисходящем канале, поскольку энергия входящего сигнала eNB в 6 раз больше из-за большей используемой полосы пропускания.

В самом деле, более пристальный взгляд на определение эталонного сценария показывает, что MCL в двух стандартах были определены с использованием различных допущений мощности передачи, коэффициента шума и целевой пропускной способности, что делает сравнение неравномерным. Это можно увидеть в таблице ниже.

	CAT-M1		NB-IoT
Ссылки	3GPP 36.888, RP-150492		3GPP 45.820 7A
	Downlink	Ссылка вверх	Downlink	Ссылка вверх
Мощность передачи	46 дБм / 9 МГц	23 дБм	43 дБм / 180 кГц	23 дБм
Коэффициент шума	9 дБ	5 дБ	5 дБ	3 дБ

Если вместо этого мы воспользуемся теми же предположениями (равная мощность передачи, коэффициент шума и целевая пропускная способность), мы увидим, что вышеприведенные ожидания выполняются:в UL оба стандарта имеют одинаковое покрытие, а в DL CAT-M1 имеет покрытие на ~ 8 дБ лучше, чем NB. -IoT.

На практике, когда мы рассматриваем функции скачкообразной перестройки частоты и турбо / кодирования, присутствующие в стандарте CAT-M1, преимущество CAT-M1 проявляется еще больше.

Стоимость

Считается, что NB-IoT имеет существенно более низкую стоимость по сравнению с CAT-M1, что очень важно для таких продуктов, как интеллектуальные трекеры, датчики и интеллектуальные счетчики.

Приведенная ниже диаграмма типичного модема поможет нам оценить это утверждение.

На блок-схеме показаны общие стандартные блоки типичной конструкции модуля. Это включает в себя блоки RF (такие как фильтры, переключатели, PA, цепи передачи и приема и т. Д.), Аналоговые блоки передачи и приема, baseband (BB), реализацию протокола обработки процессора, память, другие обслуживающие блоки (кристаллы, блок управления питанием) - PMU, поддержка eUICC, часы реального времени - RTC) и дополнительные блоки (такие как GPS и MCU).

Большинство блоков, отмеченных белым цветом, не меняются в зависимости от используемого стандарта 3GPP.

Это справедливо при условии, что между технологиями проводится сопоставление между яблоками и яблоками (т. Е. Одинаковое количество диапазонов, одинаковые добавленные услуги оператора, одинаковые дополнительные возможности, такие как интегрированный GPS, MCU и т. Д.).

Основным блоком, который меняется между технологиями, является физический уровень основной полосы частот (PHY), отвечающий за цифровую обработку сигналов (DSP) модема.

Размер блока PHY основной полосы частот может быть существенно уменьшен путем перехода от обработки 1,4 МГц к обработке 200 кГц. Однако с учетом нынешней технологии разница составляет ~ 10 центов, что составляет ~ 2% от целевой цены модулей для технологий 3GPP R13. Этот разрыв станет еще меньше примерно через 2–3 года, когда технологии станут зрелыми с учетом сокращения технологий в соответствии с законом Мура.

Короче говоря, NB-IoT имеет преимущество в стоимости по сравнению с CAT-M1, однако оно намного меньше, чем принято в отрасли в настоящее время.

Зарегистрируйтесь на веб-семинар Глобальное внедрение CAT-M1 и NB1:взгляд с высоты птичьего полета

Мощность

Энергопотребление в устройствах Интернета вещей складывается из энергопотребления в режиме ожидания и активного.

Энергопотребление в режиме ожидания зависит от конструкции и используемой технологии и, по сути, не должно различаться между CAT-M1 и NB-IoT. Активное энергопотребление у этих двух технологий различается. По сути, это умножение плотности передаваемой мощности на длину передачи.

Начиная с потребления активной мощности DL, CAT-M1 имеет значительно более высокую поддержку пропускной способности (как x6 в полосе пропускания, так и более высокую поддержку модуляции), чем NB-IoT. В результате время UE для приема конкретных данных существенно меньше, что приводит к расчетному снижению потребления активной мощности на 50% по сравнению с NB-IoT.

Для UL в хороших условиях канала CAT-M1 имеет более низкое потребление активной мощности из-за более высокой поддержки модуляции. В условиях ограниченного канала NB-IoT превосходит CAT-M1 благодаря поддержке однотональной передачи. Это преимущество, вероятно, будет закрыто в 3GPP R14.

Подводя итог, CAT-M1 имеет более низкое потребление активной мощности в DL и UL при хороших условиях канала. Для условий ограниченного канала UL сегодня NB-IoT имеет лучшие показатели активной мощности.

Заключение

И CAT-M1, и NB-IoT активно стремятся стать де-факто решением для подключения продуктов IoT. Хотя оба стандарта хорошо работают в разных сценариях, крайне важно не принимать рыночные представления за чистую монету, а сравнивать оба решения равномерно, при прочих равных, чтобы принять правильные технологические решения.

Мы проанализировали три ключевых показателя эффективности, включая охват, стоимость и энергопотребление. Хотя рынок считает, что NB-IoT имеет явное преимущество перед CAT-M1 для этих KPI, мы пришли к выводу, что CAT-M1 на самом деле предлагает преимущества в отношении покрытия и мощности и лишь минимальный недостаток стоимости по сравнению с NB-IoT.

Будущие платформы, поддерживающие CAT-M1 и NB-IoT, могут в конечном итоге позволить поставщикам хеджировать свои ставки, но до тех пор крайне важно понимать технические данные и учитывать реальную добавленную стоимость перед выбором.

Автор этого блога - Итай Ласки, старший директор по стратегическому маркетингу продуктов компании Altair Semiconductor

Об авторе:

Итай Ласки - старший директор по стратегическому маркетингу продуктов компании Altair Semiconductor, ведущего поставщика одномодовых чипсетов LTE. Портфель Altair покрывает весь спектр потребностей рынка сотовой связи 4G, от приложений с наддувом, ориентированных на видео, до ультранизкого энергопотребления, недорогого Интернета вещей и M2M. На сегодняшний день Altair поставил миллионы наборов микросхем LTE, коммерчески развернутых в самых передовых в мире сетях LTE.