CAT-M1 vs NB-IoT – de echte verschillen onderzoeken

Terwijl spelers in de sector ernaar streven de volgende generatie IoT-connectiviteit te bieden, zijn er twee verschillende standaarden ontstaan ​​onder release 13 van 3GPP:CAT-M1 en NB-IoT .

NB-IoT vs Cat-M2

Vervolgens is de markt gefragmenteerd geraakt en we kunnen gerust stellen dat er veel verwarring is. Inderdaad, de inspanningen die worden geleverd om elke standaard te verbeteren, evenals de tijd en het geld die op het spel staan, dwingen chipmakers, hardwareleveranciers en servicenetwerken om elke optie zorgvuldig te onderzoeken. Laten we eerst eens kijken naar enkele van de objectieve verschillen in de onderstaande tabel.

Zoals we kunnen zien, heeft Cat M-1 het voordeel wat betreft piekgegevenssnelheid en time-to-market, terwijl NB-IoT een grotere flexibiliteit heeft in spectrum dat kan worden gebruikt en werkingsmodi.

Natuurlijk zijn de belangrijkste parameters die de meeste renteaanbieders prestatie, kosten en vermogen. De huidige marktperceptie is dat NB-IoT een betere dekking biedt, een lager stroomverbruik en aanzienlijk lagere kosten. Een nadere, meer kritische blik op de gegevens suggereert echter dat dit niet de technische realiteit is. Laten we vanuit technisch oogpunt dieper ingaan op deze drie belangrijke KPI's, zegt Itay Lusky, senior director Strategic Product Marketing bij Altair Semiconductor.

Prestaties van Cat-M1, Cat-M, NB-IoT, Cat-M2

Maximaal koppelingsverlies (MCL) wordt gedefinieerd als het maximale totale kanaalverlies tussen User Equipment (UE) en eNodeB (eNB) antennepoorten waarop de dataservice nog kan worden geleverd. In de praktijk omvat het antennewinsten, padverlies, schaduwen en andere beperkingen. Hoe hoger de MCL, hoe robuuster de link.

Volgens 3GPP is de MCL voor CAT-M1 155,7 dB, terwijl NB-IoT 164 dB is - een buitengewoon verschil van meer dan 8 dB. Op het eerste gezicht zou dit wijzen op een aanzienlijk voordeel voor de prestaties van NB-IoT. Toch komt dit als een verrassing, want volgens de Shannon-theorie is een lage SNR-benaderingscapaciteit onafhankelijk van de bandbreedte als de ruis wit is.

Als resultaat hadden we verwacht:

• Vergelijkbare dekking in uplink uitgaande van hetzelfde totale zendvermogen
• x6 (~8dB) betere dekking voor CAT-M1 in downlink omdat de energie van het inkomende eNB-signaal 6x groter is vanwege de grotere gebruikte bandbreedte

Als we de definitie van het referentiescenario nader bekijken, blijkt dat de MCL in de twee standaarden werd gedefinieerd met verschillende aannamen voor zendvermogen, ruisgetal en doeldoorvoer, waardoor het een ongelijke vergelijking is. Dit is te zien in onderstaande tabel.

Als we in plaats daarvan dezelfde aannames gebruiken (gelijk Tx-vermogen, ruisgetal en doeldoorvoer), zullen we zien dat de bovenstaande verwachtingen gelden:in UL hebben beide normen dezelfde dekking en in DL heeft CAT-M1 een ~8dB betere dekking dan NB -IoT.

In de praktijk wordt het voordeel van CAT-M1 nog verder onthuld als we kijken naar frequentieverspringing en turbo-/coderingsfuncties die aanwezig zijn in de CAT-M1-standaard.

Kosten

NB-IoT wordt gezien als een aanzienlijk lagere kostenstructuur in vergelijking met CAT-M1, wat cruciaal is in producten als slimme trackers, sensoren en slimme meters.

Het onderstaande diagram van een typische modem zal ons helpen deze claim te evalueren.

Het blokschema toont gemeenschappelijke bouwstenen van een typisch moduleontwerp. Dit omvat RF-blokken (zoals filters, schakelaars, PA, zend- en ontvangstketens enz.), zend- en ontvangen analoge blokken, basisband ("BB"), implementatie van processorverwerkingsprotocollen, geheugen, andere onderhoudsblokken (kristallen, Power Management Unit - PMU, eUICC-ondersteuning, Real Time Clock-RTC) en optionele blokken (zoals GPS en MCU).

De meeste blokken, in het wit gemarkeerd, veranderen niet als een functie van de 3GPP-standaard die wordt gebruikt.

Dit geldt in de veronderstelling dat er een appels-tot-appelsvergelijking is tussen technologieën (d.w.z. hetzelfde aantal banden, dezelfde operator toegevoegde services, dezelfde toegevoegde mogelijkheden zoals geïntegreerde GPS, MCU enz.).

Het belangrijkste blok dat tussen technologieën wordt gewijzigd, is de basisband Physical Layer (PHY) die verantwoordelijk is voor de digitale signaalverwerking (DSP) van de modem.

De PHY-blokgrootte van de basisband kan aanzienlijk worden verkleind door van 1.4Mhz-verwerking naar 200KHz-verwerking te gaan. Gezien de huidige technologie bedraagt ​​het verschil echter ~ 10 cent kostendelta, wat ~ 2% is van de doelmoduleprijzen voor 3GPP R13-technologieën. Die kloof zal in ongeveer 2-3 jaar nog kleiner worden wanneer de technologie volwassen wordt, rekening houdend met de krimp van de technologie volgens de wet van Moore.

Kortom, NB-IoT heeft een kostenvoordeel ten opzichte van CAT-M1, maar het is veel kleiner dan de huidige perceptie van de sector.

Kracht

Het stroomverbruik in IoT-apparaten bestaat uit zowel stand-by als actief stroomverbruik.

Het stroomverbruik in stand-by hangt af van het ontwerp en de gebruikte technologie en mag in wezen niet verschillen tussen CAT-M1 en NB-IoT. Het actieve stroomverbruik verschilt tussen de twee technologieën. Het is in wezen de vermenigvuldiging van de uitgezonden vermogensdichtheid en de lengte van de transmissie.

Beginnend met DL actief stroomverbruik, heeft CAT-M1 een aanzienlijk hogere doorvoerondersteuning (zowel x6 in bandbreedte als hogere modulatieondersteuning) dan NB-IoT. Als gevolg hiervan is de UE-tijd voor het ontvangen van specifieke gegevens aanzienlijk korter, wat resulteert in een geschatte 50% lager actief energieverbruik dan NB-IoT.

Voor UL heeft CAT-M1 in goede kanaalomstandigheden een lager actief stroomverbruik vanwege de hogere modulatie-ondersteuning. In beperkte kanaalomstandigheden is NB-IoT superieur aan CAT-M1 vanwege de ondersteuning van enkeltoonstransmissie. Dat voordeel wordt waarschijnlijk afgesloten in 3GPP R14.

Samenvattend:CAT-M1 heeft een lager actief stroomverbruik in DL en UL bij goede kanaalomstandigheden. Voor UL-beperkte kanaalomstandigheden heeft NB-IoT tegenwoordig betere actieve vermogensnummers.

Conclusie

Zowel CAT-M1 als NB-IoT worden agressief nagestreefd om de de-facto connectiviteitsoplossing voor IoT-producten te worden. Hoewel beide standaarden het goed doen in verschillende scenario's, is het van cruciaal belang om de marktpercepties niet op het eerste gezicht te nemen, maar eerder beide oplossingen gelijk te vergelijken, als alle dingen gelijk zijn, om de juiste technologische beslissingen te nemen.

We analyseerden drie belangrijke KPI's, waaronder dekking, kosten en stroomverbruik. Hoewel de marktperceptie is dat NB-IoT een duidelijk voordeel heeft ten opzichte van CAT-M1 voor deze KPI's, concluderen we dat CAT-M1 daadwerkelijk voordelen biedt voor dekking en vermogen, en slechts een minimaal kostennadeel in vergelijking met NB-IoT.

Toekomstige platforms die zowel CAT-M1 als NB-IoT ondersteunen, kunnen providers uiteindelijk in staat stellen hun weddenschappen af ​​te dekken, maar tot die tijd is het van cruciaal belang om de technische gegevens te begrijpen en de echte toegevoegde waarde te overwegen voordat u een keuze maakt.

De auteur van deze blog is Itay Lusky, senior director Strategic Product Marketing bij Altair Semiconductor

Over de auteur:

Itay Lusky is de senior directeur van Strategic Product Marketing bij Altair Semiconductor, een toonaangevende leverancier van single-mode LTE-chipsets. Altair's portfolio dekt het volledige spectrum van de behoeften van de mobiele 4G-markt, van supercharged video-centrische toepassingen tot ultra-low power, low-cost IoT en M2M. Altair heeft tot nu toe miljoenen LTE-chipsets geleverd, commercieel ingezet op 's werelds meest geavanceerde LTE-netwerken.