LTE-M vs. NB-IoT:Ein Überblick über das Schmalband-IoT (NB-IoT) [Update 2021]

Wenn Sigfox begann im Jahr 2009 und störte das Partnerschaftsprojekt der dritten Generation (3GPP) – das technische Gremium, das die Mobilfunkkommunikation standardisiert – indem es sagt, dass es einen unterversorgten Markt für Geräte gibt, die:

• Du hast nicht viel zu sagen.
• Müssen sehr günstig sein.
• Benötigt sehr kleine Energiebudgets.
• Erfordert sehr große Reichweite.

Sigfox war erfolgreich beim Antreiben eines Wettrüstens im Low Power Wide Area Network (LPWAN) und angezogen viele frühe Investitionen – aber Mobilfunkanbieter mit Multi-Milliarden-Dollar-Unternehmen sind nicht sehr daran interessiert, dass Start-ups Marktanteile gewinnen. 2014 erwarb der chinesische Mobilfunkgigant Huawei das britische Neul , ein Internet of Things (IoT)-Unternehmen mit interessantem geistigem Eigentum rund um die Langstrecken-Funktechnologie. Neuls Schmalband-Ansatz für das zellulare IoT war ein Vorläufer von Huawei, zusammen mit einer Reihe von Mobilfunkinfrastrukturanbietern, Chipsatzherstellern und Mobilfunknetzbetreibern (MNOs), die einen Standard namens Narrowband IoT (NB-IoT) annahmen, der auch als LTE Cat- NB1. Im Folgenden geben wir einen umfassenden Überblick von sowohl NB-IoT als auch LTE Cat-M1 (eine LTE-basierte Alternative zu NB-IoT, oft als LTE-M bezeichnet), beides etablierte Technologien, aber noch Jahre von einer echten globalen Abdeckung entfernt. Wir werden auch mehr darüber sprechen, ob Sie NB-IoT realistischerweise als Option für Ihre Produkte und Dienstleistungen in Betracht ziehen sollten oder nicht.

Definitionen, Unterschiede und Einsatzmöglichkeiten

LTE-M ist die Antwort von 3GPP auf das wachsende Interesse an IoT und LPWANs. Es ist eine attraktive Option für diejenigen, die eine Bereitstellung in aktuellen Mobilfunknetzen suchen, aber eine ressourceneffizientere Option benötigen. Es gibt zwei Innovationen, die LTE-M helfen, die Akkulaufzeit zu verbessern:LTE eDRX (erweiterter unterbrochener Empfang) und LTE PSM (Energiesparmodus).

LTE-M wird Anwendungen bedienen, für die LTE noch nie zuvor verwendet wurde – von Wasserzählern bis hin zu landwirtschaftlichen Monitoren und darüber hinaus. Das Besondere an LTE-M ist, dass es extrem energieeffizient sein kann und 10 Byte Daten pro Tag bewegen kann, aber auch Zugriff auf ein Megabit pro Sekunde hat. Daher bedient LTE-M ein sehr breites Spektrum an Anwendungsfällen.

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Schmalband-IoT (NB-IoT , oder LTE Cat-NB1) ist ein weiterer 3GPP-Vorschlag, aber es funktioniert nicht im LTE-Konstrukt . Es basiert auf einer DSSS-Modulation ähnlich der alten Neul-Version von Weightless-W in einem 200-kHz-Kanal. Sie können sich NB-IoT als die Antwort des alten Mobilfunkclubs auf LoRaWAN vorstellen und Sigfox; Sie verwenden eine ausgefeiltere Physical-Layer-Technologie und ein lizenziertes Spektrum, aber die adressierbaren Anwendungsfälle sind ziemlich gleich.

Der Hype um NB-IoT ist spektrumgetrieben. Es gibt Unmengen von 200-kHz-GSM-Spektrum-Assets, die nicht verwendet werden, und Befürworter möchten, dass NB-IoT darauf eingesetzt wird. NB-IoT ist auch eine attraktive Option für nicht-traditionelle Bänder wie Schutzbänder und IoT-spezifische Bänder, wo die Regulierungsbehörden dies zulassen.

Viele große Telekommunikationsgiganten wie Huawei, Ericsson, Qualcomm und Vodafone waren aktiv an der Zusammenstellung dieses Standards beteiligt. Politisch gesehen ist NB-IoT auch eine Möglichkeit für Spieler wie Huawei und Ericsson, die bei der Entwicklung von geistigem Eigentum in LTE nicht so weit verbreitet waren, mehr Haut im LPWA-Spiel zu haben als zuvor.

NB-IoT ist so konzipiert, dass es auf eine von drei Arten existiert:

• In unabhängig lizenzierten Bands.
• In ungenutzten 200-kHz-Bändern, die zuvor für GSM oder CDMA verwendet wurden.
• Auf LTE-Basisstationen, die einen Ressourcenblock für NB-IoT-Operationen oder in ihren Schutzbändern (sofern die Vorschriften dies zulassen) zuweisen können.

Diese Bedingungen machen einen großen Unterschied bei der Bestimmung, welche Mobilfunkbetreiber welche Technologie einsetzen.

• In den USA , werden sowohl Verizon als auch AT&T wahrscheinlich LTE-M verwenden, da beide Unternehmen Milliarden in ihr LTE-Netz gesteckt haben. Daher werden sie wahrscheinlich nur sehr wenig Interesse an etwas haben, das nicht LTE-basiert ist, obwohl Verizon auch die Unterstützung für NB-IoT angekündigt hat. (Der Business Case ist uns jedoch nicht klar.)

• Gebiete auf der ganzen Welt mit größeren GSM-Bereitstellungen und weniger LTE wird wahrscheinlich mehr Gründe haben, sich NB-IoT zuzuwenden. In den USA könnten Mobilfunkanbieter wie T-Mobile und Sprint eventuell in Erwägung ziehen, NB-IoT auf dem bestehenden GSM-Spektrum bereitzustellen.

Aus unserer Sicht bietet NB-IoT keinen wirklichen Vorteil gegenüber LTE-M , es sei denn, Sie haben kein LTE bereitgestellt und planen nicht, eine neue Infrastruktur bereitzustellen, bis 5G ausgereift ist. Die Märkte und Anwendungsfälle sind in erster Linie gleich; LTE-M hat einige klare technologische Vorteile, und einige spekulieren, dass es im „niedrigwertigen“ IoT-Bereich nicht viel gibt, aus dem Sigfox nicht bereits Kapital gezogen hat. Im Allgemeinen weisen NB-IoT-Lüfter auf die Akkulaufzeit hin, aber wenn man die Zeit auf Luftunterschiede einbezieht (LTE-M-Nachrichten sind sehr kurz im Vergleich zu NB-IoT, die Nachrichten langsamer senden) und ausgewachsenen PSM und eDRX , wir sind nicht überzeugt.

LTE-M VS. NB-IOT

PROS

LTE-M

• Erhöhte Datenrate
• Reduzierte Komplexität

NB-IOT

• Energieeffizienz
• Reduzierte Kosten
• Erhöhte Penetration

CONS

LTE-M

• Globale Bereitstellung
• Lizenzkosten
• Energieeffizienz

NB-IoT

• Regionale Bereitstellung
• Bindungskosten
• Front-End-Komplexität
• Mangelnde Nahtlosigkeit

Vorteile von LTE-M und NB-IoT

LTE-M

• LTE-M hat höhere Datenraten als NB-IoT. Dies ermöglicht LTE-M einen umfangreicheren Lösungssatz, da es die breiteste Palette an Mobilfunkfunktionen bietet. Und während Sie mit LTE-M wirklich hohe Datenraten erreichen können, können Sie von neuen Architekturen wie eDRX und PSM profitieren, die Ihnen auch dabei helfen können, vom gleichen Leistungsbudget wie NB-IoT oder Sigfox zu profitieren.

• LTE-M profitiert von geringerer Komplexität. Verizon verfügt beispielsweise über ein einziges Spektrum in den USA für LTE-M, was die Komplexität der LTE-M-Lösungen für sie erheblich verringert hat. Dies ermöglicht eine sehr einfache Frontend- und Antennenkonfiguration.

NARROWBAND IOT

• NB-IoT verbraucht im Betrieb nur minimale Energie. Fast alle IoT-Technologien sparen Energie, wenn sie nicht sind arbeiten, da sie alle ungefähr gleich "schlafen". Aber wenn das Modem läuft und die gesamte Signalverarbeitung übernimmt, verbrauchen die Technologien mit einfacherer Wellenform – wie NB-IoT – weniger Strom. Hinweis :Nicht alle Chipsätze für NB-IoT haben die gleiche Energieeffizienz. Zum Beispiel muss der Sequans Monarch-Chip – der für LTE-M und NB-IoT bestimmt ist – weder Linux ausführen noch so viel Signalverarbeitung durchführen, was ihn weitaus energieeffizienter macht als refaktorisiertes Cat-1-Silizium von anderen Anbietern .
• Nur NB-IoT-Komponenten kostengünstiger . Chips, die ausschließlich NB-IoT unterstützen (im Gegensatz zu denen, die auch LTE-M unterstützen) sind billiger, da sie einfacher zu erstellen sind. Ein 200-kHz-NB-IoT-Frontend und -Digitalisierer ist viel einfacher als ein 1,4-MHz-LTE-Ressourcenblock. Außerdem erfordert die Verarbeitung von OFDM in LTE mehr Leistung als eine einfachere Wellenform wie NB-IoT. Da die meisten Chiphersteller anscheinend Silizium bauen, um beides zu unterstützen, kann dies ein strittiger Punkt sein.
• NB-IoT kann möglicherweise eine tiefere Gebäudedurchdringung bieten als LTE-M. Dies liegt daran, dass die Bitraten geringer sind und somit die Link-Budgets besser sind. Verbesserungen der Prozessverstärkung auf Netzwerkebene für LTE-M können diesen Vorteil jedoch abschwächen. In Wirklichkeit geht es Ihnen nur darum, ob Sie Abdeckung haben oder nicht, es sei denn, Sie sind der MNO, der das Netzwerk bereitstellt.

Nachteile von LTE-M und NB-IoT

LTE-M

• Es kann Teile der Welt geben, in denen LTE-M nie eingesetzt wird. Insbesondere dort, wo MNOs die Lebensdauer ihrer 3G-Netze verlängern, bis sie das Spektrum neu gestalten und 5G-Netze bereitstellen können. Teile Asiens, Afrikas und Osteuropas fallen in diese Kategorie. 5G ist noch einige Jahre von der Einführung entfernt (trotz der Pressemitteilungen und des Hypes um erfolgreiche Tests), obwohl die Bereitstellung eines 4G-Netzwerks, das in fünf Jahren leicht veraltet (oder zumindest veraltet) sein wird, wahrscheinlich keine gute finanzielle Entscheidung ist. NB-IoT und LTE-M haben keinen aktuellen Sonnenuntergang, da sie mit 4G verbunden sind und einen Vorschlag haben, in 5G eingewickelt zu werden. Normalerweise hält kein Gerät bis zum Sonnenuntergang von 5G durch, was beide Optionen praktikabel macht.

• Es fallen Kosten für die Legacy-Lizenzierung an. Durch die Verwendung von LTE müssen Sie wahrscheinlich IP-Lizenzen an die InterDigitals und Qualcomms der Welt zahlen, um Zugang zu den zugrunde liegenden Innovationen wie OFDM zu erhalten. Juhu mobil.

• Die Frage der Energieeffizienz ist mit LTE-M in der Luft. Da eDRX und PSM erst seit kurzem im Einsatz sind, ist ihre Energieeffizienz hypothetisch. Die Energiesparfunktionen sehen zwar gut aus, aber Sie wissen nicht, ob die Netzwerke sie wie vorgesehen funktionieren lassen oder ob netzbetreiberspezifische Funktionen das Energiebudget belasten, bis Sie echte Geräte in echten Netzwerken testen.

NARROWBAND IOT

Wir haben von Kunden gehört, die sich sehr für NB-IoT interessieren und was es für ihre jungen IoT-Projekte bedeuten könnte. Dazu sagen wir „super!“ – aber Sie müssen sich den Aufbau Ihrer Bewerbung ansehen , wo Sie bereitstellen und welchen Komplexitätsgrad Sie in Ihrer Lieferkette unterstützen können um zu wissen, ob es für Ihren Anwendungsfall sinnvoll ist. NB-IoT auf Gerätebasis wird wahrscheinlich weltweit beliebter sein als LTE-M, aber es gibt einige Hindernisse zu beachten:

• Die Bereitstellung in den USA wird schwierig. Die Welt wird derzeit in zwei Fraktionen aufgeteilt – eine, die zuerst LTE-M einsetzt, und eine andere, die zuerst NB-IoT einsetzt. Die meisten Orte tun nicht beides gleichzeitig. Wenn Sie also in China sind, befinden Sie sich natürlich im NB-IoT-Lager; alternativ ist es LTE-M in den USA. Alles andere ist länderspezifisch. Länder mit einem berechtigten Interesse an NB-IoT sind diejenigen, in denen Huawei, einer der weltweit größten Anbieter von Telekommunikationsinfrastruktur, eine etablierte Präsenz hat. Huawei ist der Hauptanbieter der zugrunde liegenden Chips und der Basisstation.

US-Unternehmen ist es derzeit jedoch untersagt, Geräte von Huawei zu kaufen. Und andere Netzwerkdienstanbieter wie Ericsson und Nokia haben ein berechtigtes Interesse daran, zuerst LTE-M zu unterstützen, da sie die vorhandenen Türme kostengünstiger aufrüsten können – für die Bereitstellung von LTE-M ist nur eine neue Basisstationssoftware erforderlich. Für Länder, die nicht überall LTE-Abdeckung haben (was ein großer Teil der Welt ist), ist der Aufbau einer neuen Infrastruktur, die NB-IoT unterstützt, günstiger als der Aufbau einer LTE-Infrastruktur.

Wenn Sie also NB-IoT für Ihr Produkt nutzen möchten, sollten Sie wissen, dass die Bereitstellung je nach geografischem Standort problematisch werden kann. Da NB-IoT nicht wirklich ist Als Teil von LTE muss es entweder in einem Seitenband mit anderer Software betrieben werden – was für die Netzbetreiber kostspielig sein kann – oder es muss in einem veralteten GSM-Spektrum bereitgestellt werden. Die meisten Netzbetreiber, die LTE unterstützen, werden nicht bereit sein, die Anzahl der Ressourcenblöcke zu reduzieren, die LTE-Handys zugewiesen werden, da sie viel Geld verdienen. Damit bleibt das Thema Bereitstellung – und all seine Komplexitäten – ein großes Fragezeichen für NB-IoT.

• Sie müssen sich voll und ganz für NB-IoT einsetzen. Da es sich sowohl um die Chips als auch um die Software handelt, gibt es keinen realistischen Weg, einen Mittelweg-Ansatz zu wählen. Die Chips, die sowohl LTE-M als auch NB-IoT unterstützen, sind teurer. Und in den meisten Fällen möchten Sie nicht extra für einen Chip bezahlen, der beides kann, wenn Sie hauptsächlich das eine oder das andere haben.

Außerdem wird gerne gesagt, dass sie überall auf der Welt denselben Chip verwenden können, aber NB-IoT ist eine sehr schmalbandige Technologie mit einer anderen Softwarelast als LTE-M. Auch wenn die Hardware selbst potenziell in verschiedenen Frequenzbändern verwendet werden kann, vereinfacht dies die Dinge aus betrieblicher Sicht nicht wirklich. Aus fertigungstechnischer Sicht ist dies nur eine geringfügige Vereinfachung, da Sie dasselbe Gerät so bauen können, dass es überall funktioniert, aber Sie haben immer noch die operative Herausforderung, es mit unterschiedlicher Firmware zu laden und sicherzustellen, dass die richtigen Firmware-Ladungen in die richtige Geräte.

• Die Front-End-Komplexität von NB-IoT könnte tatsächlich größer sein als die von LTE-M . Oft steht kein flächendeckendes oder landesweites 200-kHz-Spektrum von GSM für NB-IoT zur Verfügung – was bedeutet, dass Modem-Frontends und Antennen komplexer werden könnten als beabsichtigt. Vieles davon kann in Software mit innovativen RF-Frontends von Unternehmen wie Skyworks erledigt werden, aber dies ist noch eine weitere Herausforderung für die Herstellung und den Betrieb, die es zu meistern gilt.

• NB-IoT-Firmware-over-the-Air (FOTA) oder Übertragung großer Dateien ist nicht nahtlos. Einige der Designspezifikationen für NB-IoT machen es schwierig, größere Datenmengen an ein Gerät zu senden. Daher könnte FOTA wirklich schwierig sein, obwohl es für die meisten modernen IoT-Anwendungen eine Voraussetzung ist. LoRaWAN und Sigfox haben das gleiche Problem. Sicher, Sie können die Grenzen des Protokolls erweitern, um diese binäre Nutzlast herunterzufahren, aber das System ist nicht dafür ausgelegt, dies sehr elegant zu unterstützen. Mit LTE-M hingegen können Sie 100 kbps über ein IP-Protokoll verschieben und die Firmware in Sekundenschnelle aktualisieren.

• NB-IoT eignet sich am besten für hauptsächlich statische Assets, wie Zähler und Sensoren an einem festen Standort, anstatt für Roaming-Assets. Roaming wurde für NB-IoT versprochen, aber Netzwerk- und Tower-Handoffs werden ein Problem sein. Es gibt viele Möglichkeiten für 200-kHz-Bänder, und ein Gerät zu haben, das einfach genug ist, um billig und energieeffizient zu sein, aber dennoch ausgereift genug, um schnell herauszufinden, in welchem ​​Band man arbeiten muss, kann schwer zu bekommen sein.

Zusammenfassung

Wenn Sie Ihre Lösung bald auf den Markt bringen müssen, müssen Sie zunächst herausfinden, welche Netzwerke lokal verfügbar sind und welche Hardware für diese Netzwerke verfügbar ist – nicht nur Piloten und Prototypen (und insbesondere keine Pressemitteilungen), sondern eine echte Netzwerkabdeckung, und Geräte, die Sie kaufen können, ohne viele NDAs zu unterschreiben. Und hoffentlich war dieser Überblick über NB-IoT hilfreich, um diesen Prozess zu rationalisieren.

Unser Ziel bei Link Labs ist es, Sie bei der Bereitstellung Ihres kostengünstigen, batteriebetriebenen IoT-Produkts oder -Dienstes jetzt . zu unterstützen , also lassen Sie uns gemeinsam ein LTE-M-Produkt entwickeln.