LTE CAT M1 vs NB IoT 風雲對決

2021-07-16 06:03:48 字數 4264 閱讀 4005

這是翻譯國外乙個blog關於cat-m1和nb-iot的技術比拼,作者是altairsemiconductor的乙個高階經理,該文得出的結論是顛覆性的(雖然本人不是完全同意/理解該文觀點),有很大借鑑作用,翻譯出來,以饗讀者。

對於我來說,也許只能接受cat-m1對移動性的支援上,要比nb-iot好這個觀點。

3gppr13制定的cat-m1和nb-iot標準應該是目前物聯網技術裡面炒得最火熱的兩個標準了。

首先,讓我們通過表-1-看一下這兩個標準的主要差別吧。

引數

cat-m1

nb-iot

頻寬

1.4mhz

200khz

部署方式

帶內(in-band)

in-band,

guard-band,

standalone (gsm bands)

雙工模式(duplex mode)

hd-fdd/fdd/tdd

hd-fdd(tdd 在討論中)

峰值速率

375kbps (hd-fdd), 1mbps (fdd)

~50kbps for hd-fdd (not decided yet in 3gpp)

上行最大發射功率

23dbm 20dbm

23dbm,低發射功率還在討論中

是否支援volte

將要支援

不支援移動性

小於120km/h的連線態切換

小於30km/h的連線態切換

ttm(time to market)

比nb-iot具有6-9個月的優勢(估計)

標準還未最終finalized,一些規範推遲到r14制定

表-1- cat-m1和nb-iot技術引數比對

從表-1-我們可以看到,catm-1的峰值速率比較高,而且推向市場的時間會比nb-iot塊,但是nb-iot的優勢也很明顯,他占用的頻寬更窄,以及部署方式更加靈活。

當熱,物聯網廠家更關心的是覆蓋範圍、成本和功耗。當前市場普遍的認識是,nb-iot覆蓋距離更遠,功耗更低,成本更低。但是如果我們仔細的分析實驗資料會發現,情況並不完全是這樣的。讓我們就從技術角度對這三個技術指標(kpi)進行深入分析吧。

最大耦合損耗(maximum coupling loss/mcl)表示使用者裝置(ue)和網路節點enode(enb)天線口之間的最大通道損耗,它是資料還能正常傳輸的臨界值。實際上,這個值由多種因素決定,比如天線增益,路徑損耗,陰影效應帶來的慢衰落等其他的射頻損耗,mcl越大,這個射頻鏈結就越魯棒

根據3gpp的描述,cat-m1的mcl是155.7db,nb-iot是164db –nb-iot比cat-m1優了8db多。從表面上看,這應該是說nb-iot在效能上是明顯優於cat-m1的。但是,根據夏農定理,當訊雜比(

snr)很低,噪音是白噪音的情況下,通道容量的近似值是和頻寬無關的。

基於上面的推論,我們會得到以下結論:

l  當發射功率相同時,兩者在上行方向的覆蓋範圍一致,

l  在下行方向,cat-m1的覆蓋範圍是nb-iot的6倍(~8db),因為cat-m1從節點(enb)發出的訊號頻寬是nb-iot的6倍。

cat-m1

nb-iot

references

3gpp 36.888, rp-150492

3gpp 45.820 7a

downlink

uplink

downlink

uplink

tx power

46dbm/9mhz

23dbm

43dbm/180khz

23dbm

noise figure

9db

5db

5db

3db

表-2- cat-m1和nb-iot計算mcl的參考場景引數設定

如果我們使用相同的假設條件(相同發射功率,相同噪音係數,和相同的目標吞吐率),我們可以看到前面的推論是成立的,即:兩個標準的上行覆蓋範圍相同,下行覆蓋範圍cat-m1比nb-iot優化~8db。(是不是亮瞎了你的雙眼?

)事實上,如果我們在cat-m1上再考慮加入跳頻、turbo編譯碼等特性,cat-m1的優勢會更明顯。

有乙個普遍的觀點是nb-iot的系統架構是比cat-m1的成本是低很多的。圖-1-給出乙個典型的數據機的系統框圖,我們來分析一下這個說法對不對。

圖-1-是乙個典型的數據機的系統框圖,裡面包括射頻元件(比如濾波器,天線切換開關,pa,收發迴路),模擬收發模組,基帶,實現協議的處理器,記憶體,還有一些別的模組(比如晶振,pmu,euicc,rtc),另外還有一些可選元件(比如gps,mcu)。

對於nb-iot來說,圖中的大部分元件(白色的)都是不會變化的,因為對於3gpp協議功能的支援,nb-iot和cat-m1都一樣的。

圖-1- 乙個典型的數據機的系統框圖

我們在做這種一對一的比對時,必須是設定一些假定條件,比如雙方都使用同樣個數的頻帶,採用同樣的**商增值服務,同樣都是整合gps或者mcu等。

從上圖可以看到,這兩個技術唯一不一樣的元件主要是基帶部分,也就是負責物理層的部分,主要是通過dsp來實現的

nb-iot的基帶部分的尺寸會比cat-m1明顯縮小,原因是處理的頻寬從1.4mhz下降到200khz。但是,介於目前的技術,這個尺寸上的縮小帶來的成本上的降低也就是10美分左右,是乙個3gpp r13標準裝置的**的~%2,這個差距在未來2~3年內會越來越小,因為根據晶元摩爾定律的發展規律,成熟的晶元製成工藝會讓這個差距越來越小。

總之,nb-iot確實是比cat-m1的成本低,但是這個差距遠小於業界的期望。

iot裝置的功耗一般指兩個方面,乙個是待機功耗,乙個是啟用狀態下的功耗(也叫工作功耗)。待機功耗兩者不會差多少,但是啟用狀態下的功耗,兩者是有差別的喲。本質上,啟用狀態功耗是發射訊號的功率譜密度和傳送時間的乘積

先從下行的啟用狀態功耗分析,cat-m1比nb-iot有更大的吞吐率,原因是6倍的頻寬和更高階的調製技術。因此, 如果接收的資料量相等,cat-m1比nb-iot所花的時間要少,估計功耗只是nb-iot要省電50%。

從上行方向進行分析,在訊號很好的情況下,cat-m1由於支援更高階的調製,所以他的功耗會比nb-iot低(譯者注:此處不能理解,按理說調製越高階越費電才對?

),如果在限制通道的情況時,nb-iot的功耗比cat-m1要低,因為nb-iot支援單載波通訊,但是單載波通訊方式有可能在3gpp r14中關閉。

總而言之,當訊號條件很好的情況下,cat-m1不管是上行還是下行都比nb-iot功耗低,在上行限制通道的情況下,目前的nb-iot比cat-m1功耗低

cat-m1和nb-iot都被認為是最具潛力的物聯網技術。儘管這兩種技術適用於不同的應用場景,但是很重要的是我們不能讓市場觀察者通過表面資料來下結論,而是將兩種技術方案進行公平的比較,比如基於所有的環境引數都是一樣的情況,這樣市場觀察者才能得出正確的結論。

我們在本文中對著兩個技術從3個關鍵的kpi上進行了分析比對,分別是(覆蓋範圍,成本和功耗),儘管市場觀察者普遍認為nb-iot比cat-m1有明顯的優勢,根據上文的分析,我們的結論是,cat-m1實際上在覆蓋範圍和功耗上都優於nb-iot,只有在成本上略高於nb-iot

未來的平台能同時支援cat-m1和nb-iot,這樣產品設計者不用在兩者間做出選擇,但是在這種平台出來之前,我們還是需要很謹慎的理解兩者的技術資料,並在做抉擇之前考慮該技術實際能帶來的價值。

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