CAT-M1 与 NB-IoT – 检验真正的差异

随着行业参与者希望提供下一代物联网连接，3GPP 第 13 版出现了两种不同的标准——CAT-M1 和 NB-IoT .

NB-IoT 与 Cat-M2

随后，市场变得分散，可以说混乱比比皆是。事实上，为推进每个标准所做的努力以及所涉及的时间和金钱正在促使芯片制造商、硬件供应商和服务网络仔细审查每个选项。首先，让我们看看下表中的一些客观差异。

正如我们所见，Cat M-1 在峰值数据速率和上市时间方面具有优势，而 NB-IoT 在可利用的频谱和操作模式方面具有更大的灵活性。

当然，最感兴趣的供应商的关键参数是性能、成本和功率。目前的市场认知是 NB-IoT 提供更好的覆盖、更低的功耗和显着降低的成本。然而，对数据进行更仔细、更严格的观察表明，这不是技术现实。 Altair Semiconductor 战略产品营销高级总监 Itay Lusky 说，让我们从技术角度深入研究这 3 个重要的 KPI。

Cat-M1、Cat-M、NB-IoT、Cat-M2 的性能

最大耦合损耗 (MCL) 定义为用户设备 (UE) 和 eNodeB (eNB) 天线端口之间仍可提供数据服务的最大总信道损耗。实际上，它包括天线增益、路径损耗、阴影和任何其他损伤。 MCL 越高，链路越健壮。

根据 3GPP，CAT-M1 的 MCL 为 155.7 dB，而 NB-IoT 为 164 dB - 超过 8 dB 的非凡差异。从表面上看，这表明 NB-IoT 的性能具有显着优势。然而，这令人惊讶，因为根据香农理论，如果噪声为白色，则低 SNR 逼近能力与带宽无关。

因此，我们会期望：

• 假设总发射功率相同，上行链路覆盖范围相似
• CAT-M1 在下行链路的覆盖范围更广 x6 (~8dB)，因为使用的带宽更大，因此传入的 eNB 信号能量更大 x6

事实上，仔细查看参考场景定义会发现两个标准中的 MCL 是使用不同的发射功率、噪声系数和目标吞吐量假设定义的，因此比较不平衡。这可以在下表中看到。

相反，如果我们使用相同的假设（相等的 Tx 功率、噪声系数和目标吞吐量），我们将看到上述期望成立：在 UL 中，两个标准具有相同的覆盖范围，而在 DL CAT-M1 中，覆盖范围比 NB 好约 8dB -物联网。

在实践中，当我们考虑CAT-M1标准中存在的跳频和turbo/编码特性时，CAT-M1的优势就更进一步显现出来了。

成本

与 CAT-M1 相比，人们认为 NB-IoT 的成本结构要低得多， 这对于智能跟踪器、传感器和智能电表等产品至关重要。

下面的典型调制解调器图表将帮助我们评估这一说法。

框图显示了典型模块设计的常见构建块。这包括 RF 块（例如滤波器、开关、PA、发射和接收链等）、发射和接收模拟块、基带 (“BB”)、处理器处理协议实现、存储器、其他服务块（晶体、电源管理单元） - PMU、eUICC 支持、实时时钟-RTC）和可选模块（例如 GPS 和 MCU）。

大多数标记为白色的块不会随着使用的 3GPP 标准的功能而改变。

假设在技术之间存在一对一的比较（即相同数量的频段、相同的运营商添加的服务、相同的附加功能，例如集成 GPS、MCU 等），这一点是正确的。

技术之间变化的主要块是负责调制解调器数字信号处理（DSP）的基带物理层（PHY）。

从 1.4Mhz 处理转移到 200KHz 处理，基带 PHY 块大小可能会大大减小。然而，鉴于目前的技术，差异为约 10 美分的成本增量，这是 3GPP R13 技术目标模块价格的约 2%。考虑到遵循摩尔定律的技术收缩，这一差距将在大约 2-3 年内随着技术的成熟而变得更小。

简而言之，NB-IoT 确实比 CAT-M1 具有成本优势，但比目前的行业认知要小得多。

功率

物联网设备的功耗包括待机功耗和活动功耗。

待机功耗是设计和所用技术的函数，在 CAT-M1 和 NB-IoT 之间本质上应该没有区别。两种技术的有功功耗确实不同。本质上是发射功率密度与发射长度的乘积。

从 DL 有源功耗开始，CAT-M1 具有比 NB-IoT 更高的吞吐量支持（带宽为 x6 和调制支持更高）。因此，UE 接收特定数据的时间大大缩短，估计比 NB-IoT 的有功功耗低 50%。

对于 UL，在良好的信道条件下，CAT-M1 由于其更高的调制支持而具有较低的有功功耗。在有限的信道条件下，NB-IoT 优于 CAT-M1，因为它支持单音传输。这种好处很可能在 3GPP R14 中结束。

总而言之，CAT-M1 在良好的信道条件下在 DL 和 UL 中具有较低的有功功耗。对于 UL 受限信道条件，如今的 NB-IoT 具有更好的有功功率数。

结论

CAT-M1 和 NB-IoT 都在积极追求成为物联网产品事实上的连接解决方​​案。虽然这两种标准在不同的场景中都表现良好，但重要的是不要只从表面上看市场看法，而是在所有条件相同的情况下对两种解决方案进行平均比较，以便做出正确的技术决策。

我们分析了三个关键 KPI，包括覆盖范围、成本和功耗。虽然市场认为 NB-IoT 在这些 KPI 方面比 CAT-M1 具有明显优势，但我们得出的结论是，CAT-M1 实际上在覆盖范围和功率方面具有优势，与 NB-IoT 相比仅具有最小的成本劣势。

支持 CAT-M1 和 NB-IoT 的未来平台可能最终允许提供商对冲他们的赌注，但在此之前，了解技术数据并在选择之前考虑真正的附加价值至关重要。

此博客的作者是 Altair Semiconductor 战略产品营销高级总监 Itay Lusky

关于作者：

伊泰卢斯基 是 Altair Semiconductor 的战略产品营销高级总监，Altair Semiconductor 是单模 LTE 芯片组的领先供应商。 Altair 的产品组合涵盖了蜂窝 4G 市场需求的完整范围，从以视频为中心的增压应用一直到超低功耗、低成本的物联网和 M2M。迄今为止，Altair 已出货数百万个 LTE 芯片组，并在全球最先进的 LTE 网络上进行商业部署。