skip to Main Content

LPWAN- (Low Power, Wide Area Network) är ingen teknikstandard, utan snarare en grupp av trådlösa tekniker som liksom namnet pekar på använder låg effekt men har stort täckningsområde. LPWAN lämpar sig för IoT, de flesta IoT-enheter, som exempelvis de i smarta städer och Industri 4.0, behöver inte lika stor bandbredd och hastighet som mobiltelefoner. Två av LPWA-teknikerna återfinner man i de publika mobilnäten, NB-IoT och LTE-M. Den nuvarande expansionen av NB-IoT och LTE CAT M-nätverken över världen snabbar på utvecklingen av IoT. NB-IoT och LTE CAT-M1 är två tekniskt sett mycket likartade tekniker. Det finns många likheter och även skillnader, så vilken är bäst? Det snabba svaret är att det är litet som att välja rätt bil, det beror på vad du skall använda den till. Det litet mer komplicerade svaret, ja det hittar du nedan.
LTE-M and NB-IoT logos

LTE CAT-M1 eller NB-IoT -vilken är bäst?

NB-IoT och LTE-M är de två tekniker som har valts som ”Massive Machine Type”-kommunikation inom 5G-standarden. Båda standarderna är specificerade som LPWANs och är av stor betydelse gällande kommunikation maskiner emellan, med olika fördelar och nackdelar. Batterilivslängden kan ökas tack vare att kommunikation mellan enhet och nätverk minimeras. En annan aspekt är att enheter kan gå i strömsparläge eller koppla upp sig mer sällan till nätverket. LTE-M och NB-IoT erbjuder båda bättre täckning än 4G i, till exempel, inomhusmiljöer och avlägsna platser. Dock är det en avvägning mellan batterilivslängd, täckning och responsivitet där standarderna skiljer sig åt. LTE-CATM1 kan användas relativt rakt av i mobilnäten, men för att dra nytta av de LPWAN-specifika egenskaperna hos standarderna krävs implementation av nya funktioner i nätverket, som exempelvis PSM och eDRX.

LTE-M och NB-IoT använder båda förenklade versioner av den vanliga 4G/5G-standarden, vilket reducerar hårdvarukomplexiteten och kostnaden då tekniken används i större skala.

Så, vilken är bäst för ditt ändamål?

För att kunna välja mellan LTE-M och NB-IoT behövs en förståelse för de olika nyckelegenskaperna de båda teknikerna erbjuder, så som latens och hastighet. Tänk noga igenom dina behov innan du väljer en lösning. I vissa fall kan du upptäcka att du inte behöver göra ett val mellan dessa tekniker, utan att båda passar lika bra. Efter att ha analyserat likheter och olikheter mellan LTE-M och NB-IoT, kan du göra ett välgrundat val som kommer göra ditt system framgångsrikt för en lång tid framöver. Båda är en del av den kommande 5G-standarden och har förts fram av industrin tack vare sina unika fördelar.

NB-IoT grunderna

NB-IoT (Narrowband IoT) kännetecknas bra täckning inomhus, låg kostnad, lång batteritid, och stöd för stort antal enheter per basstation. NB-IoT är designad för storskalig IoT. Massive IoT vanligen kallad. Karaktäristiken hos NB-IoT är att den skall vara optimerad för långsam dataöverföring, maximal batterilivslängd och ge bra täckning även inomhus. NB-IoT togs fram med stationära lågeffektssensorer i åtanke. NB-IoT är idealisk för stationära mät- och rapporteringssensorer som bara behöver skicka mindre datamängder och inte vara kontinuerligt uppkopplade. De passar väl på både avlägsna platser och områden med många enheter där störningsfri anslutning krävs. Den har en design som gör den perfekt för allt från mätare, sensorer, parkeringsplatser, tryckgivare och så vidare. Bra räckvidd, låg hastighet och uppdateringar sällan möjliggör batterilivslängd på 10 år eller mer. Latensen är hög, vi pratar om allt från 1,5 till 10 sekunder.

NB-IoT möjliggör användning inom områden som inte kunnat kopplas upp tidigare samtidigt som NB-IoT ger möjlighet till en högre uppdateringsfrekvens jämfört med exempelvis LoRaWAN. Eftersom tekniken är billig förhållandevis hittar du den i större volymer. För mindre än en femtilapp kan en NB-IoT-modul produceras.

Alla NB-IoT fördelar har ett pris, med en hög latens och maximalt 127 kbit/s (från och med release 14) kan du inte använda den för realtids- eller röstkommunikation. NB-IoT passar därför bäst för sensorer. En av de tidigaste versionerna av NB-IoT-standarden, release 13, erbjuder inte stöd för roaming. Release 14, även känd som NB2, har stöd för strömsparläge och handover mellan basstationer. Release 14 har också utökat stöd för positionering via basstationernas infrastruktur. För dig som verkligen vill djupdyka i NB-IoT har vi en genomarbetad djupdykning i ämnet.

LTE CAT M1 grunderna

LTE-M har lägre effektuttag och billigare LTE-modulkostnader jämfört med andra 4G-standarder, tack vare en förenklad LTE-design. Tekniken stödjer hastigheter upp till 1 Mbit/s med en latens på 50 till 100 ms och kan därför användas väldigt flexibelt och för realtidskommunikation. LTE-M är designat för att LPWAN-tillämpningar som är i behov av mer avancerade funktioner än NB-IoT. Det stödjer datahastigheter upp till 1 Mbit/s, vilket gör att det kan fungera till saker som lågupplöst videoövervakning och VoLTE. Det möjliggör också full mobilitet i nätverket för saker som GPS-spårning.

En av de viktigaste sakerna som vi tycker talar för LTE-M är att de möjliggör OTA-uppdateringar och firmwareuppdateringar så att du kan fortsätta uppdatera din IoT-lösning säkerhetsmässigt under många år. Skall du göra en stor utrullning så är det kostsamt att uppdatera enheterna om de av säkerhetsskäl måste uppdateras. Kanske kostsammare än att byta batteri. Detta talar för LTE CAT-M1. En ytterligare tanke är att om man kan acceptera uppdatering mer sällan kan en CAT-M1 sensor uppdatera mer sällan men överföra mer data på en gång. Med smart edge-teknik närmast sensorn kan enheten väckas att skicka när det behövs och lagra annan bruksdata lokalt och sen skicka detta i batcher mer sällan.

NB-IoT vs. LTE-M vad skiljer?

I diagrammet nedan har vi ställt upp de olika egenskaperna hos de olika standarderna mot varandra

NB-IoT vs LTE CAT-M1

Av denna jämförelse kan vi se att LTE-M är det bättre alternativet när det gäller hantering av firmware- och programvaruuppdateringar som beräknas ske under enheternas livscykel. LTE-M är skapat för roaming och har det bästa stödet för internationell spridning.

Både LTE-M och NB-IoT har tydligt förbättrad inomhustäckning jämfört med LTE. LTE-M är förberett för röstteknik och VoLTE.

Genom att CAT-M1 har stöd för firmware over the air mm så kan vi tycka den är lämpligaste tekniken för proof of concept.

Om man sammanfattar kan man jämföra de två standarderna så här:

LTE Cat M1 NB-IoT
Hastighet Hög, upp till 1 Mbit/s Låg, upp till 127 kbit/s
Latens Realtidsteknik Hög latens
Energiförbrukning Väsentligt överlägsen 4G Upp till 10-års batterilivslängd
Mobilitet Full mobilitet Mobilitet beroende på release
Röst/video VoLTE-stöd/begr video Saknas
FOTA Ja, möjligt Begränsad

Med LTE-M kan enheter reagera inom millisekunder om så är nödvändigt, vilket möjliggör användning inom områden där snabb respons behövs. Detta är relevant för användbarheten av interaktioner mellan människa och maskin.

LTE CAT-M1 vs NB-IoT ur täckningsperspektiv

En radiomottagares känslighet betecknar den lägsta nivå vid vilken den har förmåga att utvinna information ur en svag signal. En lägre siffra visar att mottagaren är bättre och har en högre känslighet (-103 dB är bättre än -100 dB). Läs mer i vårt blogginlägg om mottagarkänslighet.

Vi har pratat om termer som länkbudget tidigare i andra inlägg. Länkbudget väger in allt som händer med signalen mellan sändare och mottagare. Sändareffekt, antenner, antennkablar, mottagare. Den visar alltså förändringen mellan den utsända signalen från sändaren och den mottagna effekten i mottagaren.

Länkbudgetekvation

Radiokanalens bandbredd

NB-IoTs spektrum är en smal total bandbredd (200 kHz), jämfört med CAT-M1 som förfogar över 1,4 MHz. Det här innebär att NB-IoT kan rymma 12 samtidiga sändningar i tillgängligt spektrum och rent praktiskt har CAT-M1 tillgång till 7 gånger mer spektrum. Det här återspeglar sig på hastigheten som för NB-IoT blir cirka 27 kbit/s per sekund om man använder en kanal. Jämför man med CAT-M1 så är dess hastighet upp till 1 Mbit/s. Hastigheten blir alltså avsevärt högre, om inte hela spektrum är upptaget på en gång. Och det ryms avsevärt fler sändare på spektrum för LTE CAT-M1 än för NB-IoT.

Slutsatsen är alltså att CAT-M1 har stöd för snabbare dataöverföring. Detta innebär inte i slutändan att det är definitivt bättre. I många tillämpningar skickar vi bara små paket, så snabbare är inte alltid nödvändigt eller bättre för applikationer. NB-IoT komponenter är enklare och billigare komponenter, vilket också lämpar sig väl för enklare applikationer.

Handover och roaming

CAT-M1 har stöd för roaming där anslutningen upprätthålls sömlöst när enheten rör sig och kommer till nästa basstation. Enheter som är designade enligt NB-IoT standarden release 13, även kallad NB1, kommer att terminera anslutningen. Det här är därmed ett potentiellt problem för NB-IoT som blir känsligare för störning på en enskild basstation om man använder en äldre enhet. För NB-IoT handlar det om att bygga in logik i enheterna som kan hantera konflikter i luften och terminera uppkopplingen vid problem.

NB1 enheter har också ett potentiellt problem med roaming. Roaming gör bland annat att NB-IoT-enheter börjar söka nya nätverk. Dessa sökningar är mycket batterikrävande och kan alltså kosta batteritid. Om man har ett SIM-kort som roamar mellan flera operatörer riskerar man hamna i ett scenario där värdefull batteritid går åt till att byta basstation fast det inte behövs. Med NB2, eller release 14, är dessa problem lösta.

Båda radioteknikerna måste så klart upprätta en anslutning för att kunna kommunicera och enligt studier så kräver upprättandet av en anslutning mer energi och tid än själva överföringen av användardata. Så omsändningar, ont om spektrum eller terminerad uppkoppling kan bidra till en högre batteriförbrukning.

Maximal kopplingsförlust (MCL)

3GPP (som standardiserar bland annat 4G/5G) använder inte länkbudget för att beskriva kvalitet på signalen utan termen MCL. MCL kan i teorin definieras som den maximala förlusten vid den maximalt tillåtna effektnivå som ett system kan tolerera och fortfarande vara operativt (definierat av mottagarkänsligheten). Ett högre MCL-värde innebär en mer robust länk mellan sändare och mottagare.

Och då kommer det du väntat på, MCL för NB-IoT och LTE-M. 3GPP refererar till följande värden för 4G:

0dB
CAT-M1
0dB
NB-IoT

Nu ingår ju dessa standarder även i 5G. För 5G är dock kravet att MCL för både NB-IoT och LTE-M måste vara 164 dB. Kravet är också att stödja en anslutningstäthet på 1 000 000 enheter per km2.

0dB
CAT-M1
0dB
NB-IoT

Slutsats: NB-IoT och LTE-M har samma penetrationsförmåga på 5G. På 4G ligger LTE-M 3,3 dB efter NB-IoT (160,7 dB), vilket innebär att NB-IoT har bättre genomträngningsförmåga än LTE-M i 4G-nät givet att alla andra förutsättningar är exakt lika.

På ytan ser det ut som en fördel för NB-IoT:s prestanda. Men detta är inte helt okomplicerat i praktiken. Dels finns ju terräng, bakgrundsbrus på kanalen och andra användare. Dessutom kan andra faktorer kan påverka, för att lära oss mer skall vi skrapa litet på ytan på Shannon-Hartleys sats.

Täckning och global utrullning

Idag är statusen för LTE-M och NB-IoT att de båda är lokalt tillgängliga via olika operatörer. På global nivå är det tillgängliga standarder som används över stora delar av världen. Inom några få år förväntar vi oss att både LTE-M och NB-IoT är lokalt tillgängliga i alla länder. Vi förväntar oss att LTE-M och NB-IoT är tillgängliga under hela 5G-livscykeln och bortom den.

LTE-M och NB-IoT är standardiserade, tillförlitliga, och hanteras av operatörer som har en licens för ett visst frekvensband. De är designade för IoT-applikationer med låg kostnad, de använder låg datahastighet, fungerar länge på batteri och ofta kan de användas på avlägsna platser.

LTE-M och NB-IoT kommer vara de självklara valen för industrier som letar efter ersättare till 2G och 3G, men de kommer också vara tekniker för den som vill koppla upp enheter med lång livstid, med behov av lång batterilivslängd och bra täckning

Vad påverkar strömförbrukningen?

Strömförbrukningen i IoT-enheter består av både standbyförbrukning och aktiv strömförbrukning. Den aktiva strömförbrukningen påverkas bland annat av ovanstående faktorer, alltså vad som händer mellan sändarantenn och mottagarantenn.

Standby-förbrukningen beror på utformningen av firmware och i stora drag bör det i princip inte skilja sig åt mellan CAT-M1 och NB-IoT om firmware i övrigt är lika. Den aktiva energiförbrukningen skiljer sig dock mellan de två teknikerna. Den är i huvudsak en variabel som påverkas av uppdateringsfrekvens och hur mycket data som skickas i varje uppkoppling.

Om man räknar nedlänkens aktiva energiförbrukning har CAT-M1 betydligt högre genomströmning än NB-IoT. Som ett resultat av detta är tiden för att ta emot och sända data väsentligt mindre, vilket resulterar i en flera gånger lägre aktiv energiförbrukning än NB-IoT. Så här kan man ganska snabbt dra slutsatsen att om man kan samla data i enheten, logga dessa och skicka färre uppdateringar med mer data i mobilnäten så kan CAT-M1 rymma större paket, och därmed kanske till och med kan vara energieffektivare.

Ytterligare faktorer påverkar så klart, för upplänken har CAT-M1 i goda kanalförhållanden lägre aktiv energiförbrukning tack vare sin modulation. Vid begränsade förhållanden och om belastningen på kanalen är lägre har NB-IoT överhanden.

Slutsats: den genomsnittliga förbrukningen för överföring i LTE CAT-M1 är något högre än NB-IoT enligt 3GPP. Men denna potentiellt högre strömförbrukning uppvägs ofta av den dramatiskt kortare överföringstiden som CAT-M1 har på grund av sina högre upplänk- och nedlänkningshastigheter. Det finns flera undersökningar av strömförbrukningen som visar att LTE-CAT-M1 faktiskt är energieffektivare närmare basstationen än NB-IoT.

NB-IoT och LTE-Ms energisparande funktioner.

Både NB-IoT och LTE-M har har stöd för energisparlägena PSM (PowerSaveMode) och eDRX (Extended Discontinuous Reception), som förlänger batteritiden. Detta är dock inte implementerat i alla enheter som default. Och för att vara tydlig, alla SIM-kort eller alla operatörer har det inte heller som default. Därför är det viktigt att du först testar dessa funktioner på din enhet och även pratar med din operatör om detta. Vissa enheter drar också mindre ström genom att helt koppla bort sig från nätet och ansluta ibland, än att ligga anslutna med energisparfunktioner.

Smalbandiga kanaler är det lösningen?

Ett sätt att maximera den maximala mängden felfria digitala data som kan överföras över en kommunikationskanal är att använda en smalbandig signal. Men Shannon-Hartley-satsen gäller endast för ett optimalt scenario på en länk med en enda radio (till skillnad från systemen med multipla basstationer i många LPWAN-implementeringar). Därför finns det en intensiv debatt om vilket system som presterar bäst i närvaro av störningar.

Att jobba med en smalbandskanal innebär alltså att vi minimerar risken för störningar från grannkanalerna. När störningar uppstår inom samma kanal förlorar signalen dock snabbt sin integritet. För att kompensera för det måste systemet istället sprida data över flera kanaler, vilket leder till lägre spektrumeffektivitet.

Shannon-Hartleys sats

I ett annat inlägg har vi förklarat Shannon-Hartleys sats. Shannon-Hartley-satsen beskriver den maximala mängden felfria digitala data som kan överföras över en kommunikationskanal med en viss bandbredd i närvaro av brus.

I praktiken är dock ingen kanal fri från brus, och kommunikationen i mobilnäten drabbas av brus från många olika källor. Både sådana genererade av andra sändare på andra frekvensband, och både sådana som uppstår på grund av överlappande basstationsutbyggnad. Olika typer av brus försämrar alltså signalnivåerna. Den tillgängliga bandbredden på kanalen och förhållandet mellan signal-brus är det som avgör maximalt möjliga genomströmning, alltså vilken dataöverföring vi kan förvänta oss. Förhållandet mellan signal och brus kan förbättras genom att sända en kraftigare signal, men med effekten att batteritiden blir lidande.

Shannon-Hartley och NB-IoT

Om vi tittar på NB-IoT så kommer upplänken att tilldela varje användare en eller flera 15 kHz-kanaler i det totala 200 kHz som finns tillgängliga att allokera. NB-IoT har möjlighet att allokera så smala kanalbredder som 3,75 kHz, vilket gör att fler enheter kan dela på utrymmet. Man måste dock noggrant undersöka risken för interferens mellan varje kanalblock när det är så litet som 3,75 kHz, det är i princip omöjligt att kanaler kan samverka intill varandra med så smal kanalbredd utan problem.

Säg att du vill täcka så mycket avstånd som möjligt med din länk. Shannon-Hartley säger att du kan minska datahastigheten för att få bättre räckvidd. Vid denna gräns kostar det en fast mängd effekt att överföra av ett datapaket – så varje dB minskning av datahastigheten ger dig 1 dB bättre mottagningskänslighet. Men ju mer du gör detta, desto mindre blir datakapaciteten. Datahastigheten i mobilnäten är en funktion av täckningen, det har du säkert redan sett på din smartphone eller router. Tester som har genomförts av bland annat Ericsson illustrerar effekten av varierande täckning och signalstyrka för CAT-M1 och NB-IoT. Uppgifterna avslöjar att även latenstiden kan bli ett betydande problem för NB-IoT vilket i slutändan kostar mycket batteritid.

LTE CAT-M1/NB-IoT vs LoRa och SigFox

IoT behöver inte vara komplicerat. Om du vill börja din resa med IoT, är kanske inte att bygga ditt eget nätverk början. Att bygga ett nätverk så som LoRa är ett stort projekt. Att hantera ett IoT-nätverk kräver mycket resurser och ansträngning. Det är inte något man skall luta på ett fåtal entusiaster i ett företag eller en organisation.

IoT-nätverk med operatörer som har driftansvar för nätet är både en snabbare väg till marknaden och också en säkrare väg att drifta sitt nät. En operatörsbaserad lösning är en enklare väg att skala upp lösningen, både lokalt och på den globala marknaden.

LPWA är designat för att skicka små mängder av data vid bestämda tidpunkter – och där emellan sätta sig själv i strömsparläge. Batterilivslängden beror på tillgången av spektrum och att det går att sända när man tänkt det. Använder du LoRa konkurrerar du med det ständigt växande antal enheter som delar på olicensierat spektrum. När antalet enheter i detta olicensierade spektrumet ökar, ökar också konflikter i luften. Antal misslyckade meddelanden ökar och omsändningar gör att batterilivslängden förkortas.

Dessutom, vilket inte är helt irrelevant, LoRa sänder på frekvenser med en duty-cycle begränsning. LoRa är därför per definition framförallt en konkurrent till de applikationer där NB-IoT används. Du kan läsa mer om detta resonemang här. Men både NB-IoT och LTE CAT-M1s användning av en operatör ger stabilitet eftersom du kan välja en managerad och övervakad uppkoppling som använder ett spektrum som licensierat och en infrastruktur som är kontinuerligt övervakat.

Vår åsikt är att LTE-M överlag är det mer robusta valet för IoT-lösningar. Om du lägger till att OTA-uppdateringar av firmware är enklare med LTE-M är det den mer flexibla lösningen av de två och utgör ett solitt, framtidssäkert val av konnektivitet. CAT-M1 är mer moget och har bättre stöd ur ett globalt perspektiv.

Slutsatser om strömförbrukning

Strömförbrukningen i NB-IoT och LTE-M är starkt beroende av ditt specifika användningsfall och de enheter du använder. En direkt jämförelse mellan de två teknikerna är komplicerad eftersom många variabler dikterar strömförbrukningen (överföringsfrekvens, överföringsstorlek, kopplingsförlust).

Slutsatser om täckningen

LTE-M är sannolikt väldigt, väldigt nära NB-IoT, i synnerhet i 5G. Men inte alla operatörer har NB-IoT. I Sverige har just nu endast Telia NB-IoT, LTE-CAT-M1 stöds av både Telenor, Tele2 och Telia.

Global spridning och roaming

Roaming är bättre med LTE-M generellt. Det är dock viktigt att kontrollera tillgängligheten i den eller de regioner du är intresserad av. Om NB-IoT eller CAT-M1 är den härskande tekniken beror ofta på vilken kontinent du skall verka på om du inte skall hålla dig till ett land.

Vi bjuder på de senaste nyheterna om trådlöst, tips om guider och litet nyheter om våra produkter. Missa inte att anmäla dig till vårt nyhetsbrev!

  • Marknadsföringsmedgivande

    Induo AB kommer att använda den information du tillhandahåller via detta formulär för att komma i kontakt med dig och tillhandahålla uppdateringar och marknadsföring. Du kan ändra dig när som helst genom att klicka på unsubscribe-länken i sidfoten till ett e-mail du mottar från oss, eller genom att skicka ett mail till [email protected] Vi behandlar din information med respekt och i enlighet med vår sekretesspraxis. Genom att klicka nedan godkänner du att vi behandlar din information i enlighet med dessa villkor.
Induos logo
Induo AB
08-659 43 00

www.induo.com
[email protected]

Mer information:

Fyll i formuläret nedan med namn, e-post och kanske ett meddelande så hör vi av oss så snart vi kan, tack!

* Genom att skicka in formuläret samtycker du att vi lagrar dina uppgifter för att hjälpa dig med din förfrågan.

Läs mer om:

Leverantörer
Produkter

Socialt:

Följ oss i sociala medier:

linkedinfacebooktwitteryoutube

Vi förser mänskligheten med innovativa kommunikationslösningar oavsett avstånd.

Back To Top
Sök