CAT-M1とNB-IoT –実際の違いを調べる
業界のプレーヤーが次世代のIoT接続の提供を検討しているため、3GPPのリリース13では、 CAT-M1とNB-IoT という2つの異なる標準が登場しました。 。
NB-IoT vs Cat-M2
その後、市場は細分化され、混乱が生じていると言っても過言ではありません。実際、各標準を推進するために行われている努力と、危機に瀕している時間とお金は、チップメーカー、ハードウェアプロバイダー、およびサービスネットワークに各オプションを注意深く検討するように促しています。まず、下のグラフの客観的な違いをいくつか見てみましょう。
| パラメータ | CAT-M1（CAT-M） | NB-IoT |
| 帯域幅 | 1.4MHz | 200KHz |
| 操作モード | インバンド、ガードバンド、スタンドアロン（GSMバンド） | |
| デュプレックスモード | HD-FDD / FDD / TDD | HD-FDD（検討中のTDD） |
| ピークデータレート | 375Kbps（HD-FDD）、1Mbps（FDD） | HD-FDDの場合は〜50kbps（3GPPではまだ決定されていません） |
| UL送信電力 | 23dBm 20dBm | 23dBm、検討中の低電力 |
| VoLTEサポート | ||
| モビリティサポート | ||
| TTM | 6〜9か月のアドバンテージ（推定） |
ご覧のとおり、Cat M-1は、ピークデータレートと市場投入までの時間の点で利点がありますが、NB-IoTは、利用できるスペクトルと動作モードの柔軟性が高くなっています。
もちろん、ほとんどの関心プロバイダーが重要なパラメーターは、パフォーマンス、コスト、および電力です。現在の市場の認識では、NB-IoTはより優れたカバレッジ、より低い電力消費、および大幅に低いコストを提供します。ただし、データをより詳しく、より批判的に見ると、これは技術的な現実ではないことがわかります。 AltairSemiconductorの戦略的製品マーケティングのシニアディレクターであるItayLuskyは、技術的な観点からこれら3つの重要なKPIを詳しく調べてみましょう。
Cat-M1、Cat-M、NB-IoT、Cat-M2のパフォーマンス
最大結合損失（MCL）は、データサービスを引き続き配信できるユーザー機器（UE）とeNodeB（eNB）アンテナポート間の最大合計チャネル損失として定義されます。実際には、アンテナゲイン、パスロス、シャドウイング、およびその他の障害が含まれます。 MCLが高いほど、リンクはより堅牢になります。
3GPPによると、CAT-M1のMCLは155.7 dBですが、NB-IoTは164 dBであり、8dBを超える異常な差があります。表面的には、これはNB-IoTのパフォーマンスに大きな利点があることを示しています。しかし、シャノン理論によれば、ノイズが白い場合、低いSNR近似容量は帯域幅に依存しないため、これは驚くべきことです。
結果として、私たちは次のことを期待していました：
- 同じ総送信電力を想定した場合のアップリンクでの同様のカバレッジ
- 使用される帯域幅が広いため、着信eNB信号エネルギーがx6大きくなるため、ダウンリンクでのCAT-M1のカバレッジがx6（〜8dB）向上します。
実際、参照シナリオの定義を詳しく見ると、2つの標準のMCLは、異なる送信電力、雑音指数、およびターゲットスループットの仮定を使用して定義されており、不均一な比較になっていることがわかります。これは下の表で見ることができます。
| CAT-M1 | NB-IoT | |||
| 参照 | 3GPP 36.888、RP-150492 | 3GPP 45.820 7A | ||
| Tx Power | 46dBm / 9MHz | 23dBm | 43dBm / 180kHz | 23dBm |
| 雑音指数 | 9 dB | 5 dB | 5 dB | 3 dB |
代わりに同じ仮定（等しいTx電力、雑音指数、およびターゲットスループット）を使用すると、上記の期待が成り立つことがわかります。ULでは両方の規格のカバレッジが同じであり、DLではCAT-M1のカバレッジはNBよりも約8dB優れています。 -IoT。
実際には、CAT-M1標準に存在する周波数ホッピングとターボ/コーディング機能を考慮すると、CAT-M1の利点がさらに明らかになります。
コスト
NB-IoTは、CAT-M1と比較して大幅に低いコスト構造であると認識されています これは、スマートトラッカー、センサー、スマートメーターなどの製品で重要です。
以下の典型的なモデムの図は、この主張を評価するのに役立ちます。
ブロック図は、一般的なモジュール設計の一般的な構成要素を示しています。これには、RFブロック（フィルター、スイッチ、PA、送信および受信チェーンなど）、送信および受信アナログブロック、ベースバンド（「BB」）、プロセッサー処理プロトコルの実装、メモリ、その他のサービスブロック（クリスタル、電力管理ユニットなど）が含まれます。 -PMU、eUICCサポート、リアルタイムクロック-RTC）およびオプションのブロック（GPSやMCUなど）。
白でマークされたほとんどのブロックは、使用される3GPP標準の機能として変更されません。
これは、テクノロジー間でリンゴ同士の比較がある場合に当てはまります（つまり、同じ数の帯域、同じオペレーターが追加したサービス、統合されたGPS、MCUなどの同じ追加機能）。
テクノロジー間で変更される主なブロックは、モデムのデジタル信号処理（DSP）を担当するベースバンド物理層（PHY）です。
ベースバンドPHYブロックサイズは、1.4Mhz処理から200KHz処理に移行することで大幅に削減できます。ただし、現在のテクノロジーを考えると、その差は約10セントのコストデルタであり、これは3GPP R13テクノロジーのターゲットモジュール価格の約2％です。そのギャップは、ムーアの法則に従ったテクノロジーの縮小を考慮してテクノロジーが成熟する約2〜3年でさらに小さくなります。
要するに、NB-IoTはCAT-M1よりもコスト面で有利ですが、現在の業界の認識よりもはるかに小さいです。
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パワー
IoTデバイスの消費電力は、スタンバイとアクティブの両方の電力消費で構成されます。
待機電力消費は、使用される設計とテクノロジーの関数であり、CAT-M1とNB-IoTの間で本質的に異ならないようにする必要があります。有効電力消費量は、2つのテクノロジー間で異なります。これは本質的に、送信電力密度と送信長の乗算です。
DLの有効電力消費から始めて、CAT-M1はNB-IoTよりも大幅に高いスループットサポート（帯域幅のx6とより高い変調サポートの両方）を備えています。その結果、特定のデータを受信するためのUE時間は大幅に短縮され、NB-IoTよりも推定50％低い有効電力消費量になります。
ULの場合、良好なチャネル状態では、CAT-M1は変調サポートが高いため、有効電力消費量が少なくなります。限られたチャネル条件では、NB-IoTはシングルトーン伝送をサポートしているため、CAT-M1よりも優れています。そのメリットは、3GPPR14で終了する可能性があります。
要約すると、CAT-M1は、良好なチャネル状態でDLおよびULの有効消費電力が低くなります。 ULの制限されたチャネル条件では、NB-IoTの有効電力数は今日より優れています。
結論
CAT-M1とNB-IoTはどちらも、IoT製品の事実上の接続ソリューションになるために積極的に追求されています。どちらの標準もさまざまなシナリオでうまく機能しますが、適切なテクノロジーの決定を下すには、市場の認識を額面通りにとらえるのではなく、両方のソリューションを均等に比較し、すべてを等しくすることが重要です。
カバレッジ、コスト、消費電力など、3つの主要なKPIを分析しました。市場の認識では、これらのKPIについてはNB-IoTがCAT-M1に比べて明らかに有利であると考えられていますが、CAT-M1は実際にはカバレッジと電力に利点があり、NB-IoTと比較した場合のコスト上の欠点は最小限であると結論付けています。
CAT-M1とNB-IoTの両方をサポートする将来のプラットフォームでは、最終的にプロバイダーが賭けをヘッジできるようになる可能性がありますが、それまでは、技術データを理解し、選択する前に実際の付加価値を検討することが重要です。
このブログの作成者は、AltairSemiconductorの戦略的プロダクトマーケティングのシニアディレクターであるItayLuskyです
作者について：
Itay Lusky シングルモードLTEチップセットの大手プロバイダーであるAltairSemiconductorの戦略的製品マーケティングのシニアディレクターです。 Altairのポートフォリオは、過充電されたビデオ中心のアプリケーションから、超低電力、低コストのIoTおよびM2Mに至るまで、セルラー4G市場のニーズの全範囲をカバーしています。 Altairはこれまでに数百万のLTEチップセットを出荷しており、世界で最も先進的なLTEネットワークに商業的に展開されています。
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