セルラーIoT—CIoTテクノロジーの比較

編集者注：IoTデバイスの可用性を高めるための要件の高まりは、IoTに適したセルラーテクノロジーの出現と一致しています 。開発者にとって、セルラーテクノロジーとそのIoTへの応用に関するより詳細な情報の必要性はかつてないほど深刻になっています。 このシリーズは、本「Cellular Internet of Things」から抜粋したもので、この分野の主要な概念とテクノロジーを紹介しています。

以前のシリーズで、著者は、セルラーの進化する状況、IoTにおけるその役割、および大規模なマシンタイプの通信（mMTC）と超信頼性の低い遅延通信（URLLC）のテクノロジーについて説明しました。

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Cellular Internet of Thingsから、Olof Liberg、Marten Sundberg、Eric Wang、Johan Bergman、JoachimSachsによって改作されました。

第9章競争力のあるモノのインターネットテクノロジーの展望（続き）

Olof Liberg、Marten Sundberg、Eric Wang、Johan Bergman、Joachim Sachs

9.3CIoTテクノロジーの選択

9.3.1CIoTテクノロジーの比較

さまざまなCIoTテクノロジーEC-GSM-IoT、NB-IoT、およびLTE-Mは、第3章から第8章で詳細に分析されています。ここでは、パフォーマンスと特性を要約して比較します。 NB-IoTの場合、この要約では、簡単にするために、帯域内およびスタンドアロンの展開オプションのみを検討します。ガードバンドモードの動作のパフォーマンスは、帯域内のパフォーマンスとほぼ同じです。ガードバンド操作を含む完全なNB-IoTパフォーマンス分析は、第8章に記載されています。

9.3.1.1カバレッジとデータレート

すべてのCIoTテクノロジーのアップリンクとダウンリンクのデータレートは、さまざまな結合損失について図9.7と9.8にまとめられています。これらのテクノロジーはすべて、最大164dBの結合損失での動作を可能にする拡張カバレッジ機能を導入しています。これは、今日のグローバルシステムフォーモバイルコミュニケーションズ（GSM）、UMTS、またはロングタームエボリューション（LTE）ネットワークに見られるものと比較して、カバレッジ範囲の大幅な拡張です。 EC-GSM-IoTの場合、164 dBの結合損失は、GSMネットワークで一般的であるように、33dBmの出力電力を持つデバイスに基づいています。ただし、これは、同じアップリンクカバレッジを実現するために、NB-IoTおよびLTE-Mのデバイス出力電力と比較して、EC-GSM-IoTの全拡張範囲に10dB高いデバイス出力電力が必要であることを意味します。第4章、第6章、および第8章で拡張カバレッジの結果の詳細を調べると、NB-IoTは、164 dBMCLでEC-GSM-IoTおよびLTE-Mよりも低い制御チャネルブロックエラー率で動作できることがわかります。 、極端なカバレッジでより堅牢になります。 LTE-MおよびEC-GSM-IoTは周波数ホッピングを適用できることに注意してください。これにより、周波数ダイバーシティが追加されるため、カバレッジの堅牢性が向上します。

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図9.7アップリンクのカバレッジと物理層のデータレート。

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図9.8ダウンリンクのカバレッジと物理層のデータレート。

図9.7と9.8は、物理層のデータレートも示しています。 さまざまなCIoTテクノロジーの価値。 瞬間的なピーク物理層データレート データチャネルのみの達成可能なデータレートを指定します。表内の他のデータレート値は、単一メッセージの送信に有効な物理層データレートを示しています。ここで、スケジューリングと制御シグナリングの遅延も、メッセージの送信時間で考慮されます。この比較では、すべてのテクノロジーで半二重動作が使用されていると想定していますが、LTE-Mデバイスは、より高いデータレート（ピークレートが瞬間的なピーク物理層データレート）。これらのレートは、基地局との結合損失が異なるデバイスに提供されます。ピーク物理層データレート 基地局への理想的なエラーのない接続を備えたデバイスに対応します。 144 dBの結合損失での物理層データレートは、GSMまたはLTE無線セルの通常のセルエッジに対応し、154および164 dBは、GSMのセルエッジと比較して10および20dBのカバレッジ拡張に対応します。

見ることができるのは、LTE-Mは、NB-IoTまたはEC-GSM-IoTと比較して、アップリンクとダウンリンクで大幅に高いデータレートを達成できることです。これは、特に、無線セルの通常のカバレッジ内にあるデバイスの場合です。デバイスが拡張カバレッジエリアに配置されている場合、アップリンクはデバイスの出力電力によって制限され、すべてのCIoTテクノロジーは、必要なリンク品質を達成するために繰り返しを使用します。 164 dBの結合損失などの極端なカバレッジ状況では、同じ出力電力を使用すると、さまざまなテクノロジーで達成可能なデータレートが非常に似たものになります。 EC-GSM-IoTは、デバイスの出力電力が10 dB高いため、164 dBMCLで他のテクノロジーよりも高いデータレートを備えています。同じLTEキャリア内では、LTE-Mのデータレートは一般にインバンドNB-IoTよりも高くなります。

3つのテクノロジーはすべて、164dBのMCLで160bpsを達成するという3GPP要件を満たしています。

9.3.1.2レイテンシ

CIoTテクノロジーのレイテンシーは、例外レポートに関して評価されています。 、これは、CIoTネットワークを介してデバイスから送信されている85バイトのIPパケットに含まれるまれな重要度の高いIoTメッセージです。すべてのテクノロジー、LTE-M、NB-IoT、およびEC-GSM-IoTは、図9.9に示すように、リリース13で最初に定義された10秒の3GPP遅延目標を満たします。デバイスが通常のカバレッジ内にある場合、LTE-Mは、LTE-Mによって提供されるデータレートが高いため、レイテンシをいくらか低くす​​ることができます。拡張カバレッジでは、EC-GSM-IoTは、より高いデータレートを提供できるより高いデバイス出力電力により、最小の遅延を提供できます。スタンドアロンNB-IoTは、ダウンリンクチャネルに使用される電力が高いため、帯域内NB-IoTと比較して遅延が低くなります。

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図9.9例外レポートの待機時間。

9.3.1.3バッテリーの寿命

バッテリーの寿命は、5 Whのジョイント容量を持つ2つのAAバッテリーを想定して、すべてのCIoTテクノロジーについて分析されています。 3つのIoTテクノロジーすべてで45％〜50％のパワーアンプ効率が想定されています。

全体として、すべてのCIoTテクノロジーは、多くのIoTサービスで一般的であるように、メッセージの送信頻度が低い場合にバッテリーの寿命を節約するメカニズムを適用します。主な原則は、デバイスはデータの転送に対してのみアクティブになり、それ以外の場合はバッテリーを節約するスリープ状態になるということです。データ転送に関連するシグナリングオーバーヘッドを最小限に抑える効率的な手順が定義されています。シグナリングのオーバーヘッドがエネルギー消費のかなりの部分を占める可能性があるため、これは小さなメッセージにとって特に重要です。

200バイトのメッセージの日次レポートについて、さまざまなCIoTテクノロジーのバッテリー寿命を図9.10に示します。 IoTデータ転送のさまざまなメッセージサイズと周期性の結果を表9.5にまとめています。全体として、すべてのテクノロジーは10年のバッテリー寿命を可能にし、場合によってはさらに大幅に長くなります。バッテリ寿命を長くするための最大の課題は、デバイスが非常に悪いカバレッジ位置にある場合です。拡張カバレッジモードでは、非常に低いデータレートが使用され、データ転送には多くの繰り返しが適用されます。この状況では、デバイスはデータ送信に長時間の労力を必要とし、バッテリーを節約するスリープ状態で休む機会を減らします。したがって、すべてのCIoTテクノロジーのMCLが164 dBの場合、バッテリーの寿命は大幅に短縮されます。このように結合損失が大きい場合、デバイスのデータ転送イベントが1日1回のようにめったに発生しない場合にのみ、10年のバッテリ寿命を達成できます。 2時間ごとに1つのメッセージなど、より頻繁なデータ転送イベントの場合、164 dBのMCLで1〜3年のバッテリ寿命を実現できます。

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図9.10200バイトのメッセージの日次レポートを含むデバイスのバッテリー寿命。

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表9.5バッテリーの寿命

3つのテクノロジーはすべて、164 dBのMCLで10年のバッテリ寿命を達成するための3GPP要件を満たしているか、満たす可能性を示しています。