셀룰러 IoT: EC-GSM-IoT, NB-IoT, LTE-M 성능 비교

편집자 주: 유비쿼터스 IoT 연결에 대한 수요 증가가 IoT용으로 설계된 새로운 셀룰러 기술과 완벽하게 부합합니다. 개발자들은 이제 이 기술들과 실제 애플리케이션에 대한 상세하고 신뢰할 수 있는 통찰이 필요합니다. 이 기사는 Cellular Internet of Things 책에서 발췌했으며, IoT 환경을 형성하는 핵심 개념과 기술을 소개합니다. 이전 시리즈에서 저자들은 진화하는 셀룰러 생태계, IoT에서의 역할, 대규모 머신타입 통신(mMTC)과 초신뢰 저지연 통신(URLLC)을 주도하는 기술들을 탐구했습니다.

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Cellular Internet of Things by Olof Liberg, Marten Sundberg, Eric Wang, Johan Bergman, Joachim Sachs에서 발췌.

9장. 경쟁적 IoT 기술 환경 (계속)

9.3 CIoT 기술 선택

9.3.1 CIoT 기술 비교

3~8장에서 EC-GSM-IoT, NB-IoT, LTE-M을 심층 분석했습니다. 여기서는 주요 성능 지표와 특성을 종합합니다. NB-IoT의 경우 인밴드와 스탠드얼론 배포에 초점; 가드밴드 모드는 유사한 성능을 보이며 8장에서 다룹니다.

9.3.1.1 커버리지와 데이터 속도

모든 CIoT 기술의 업링크 및 다운링크 데이터 속도는 다양한 커플링 손실에서 Figure 9.7과 9.8에 요약되어 있습니다. 각 기술은 164dB 커플링 손실(MCL)까지 확장 커버리지를 제공하며, 이는 레거시 GSM, UMTS, LTE 네트워크 대비 극적인 개선입니다. EC-GSM-IoT는 33dBm 송신 전력으로 164dB 달성 - NB-IoT와 LTE-M이 같은 커버리지에 필요한 전력보다 10dB 높습니다.

164dB 극한 커버리지에서 NB-IoT는 EC-GSM-IoT와 LTE-M보다 낮은 제어 채널 블록 오류율을 제공해 더 강건합니다. LTE-M과 EC-GSM-IoT는 주파수 호핑으로 추가 주파수 다양성과 커버리지 복원력을 활용할 수 있습니다.

Figure 9.7: 커버리지와 물리 계층 데이터 속도 – 업링크.

Figure 9.8: 커버리지와 물리 계층 데이터 속도 – 다운링크.

Figure 9.7과 9.8의 표는 순간 피크 물리 계층 데이터 속도(채널만)와 스케줄링 및 제어 오버헤드를 포함한 유효 속도를 모두 보여줍니다. 모든 기술에 반이중 동작 가정; LTE-M 기기는 전이중으로도 구성 가능해 순간 피크 속도에 접근. 속도는 이상적 링크, 144dB(셀 에지), 154/164dB(10/20dB 확장 커버리지)에 대해 표시.

일반 커버리지 내 기기에서 LTE-M은 업링크와 다운링크 데이터 속도에서 NB-IoT와 EC-GSM-IoT를 지속적으로 앞섭니다. 확장 커버리지에서 업링크 속도는 송신 전력에 의해 제한되며, 세 기술 모두 링크 품질 충족을 위해 반복에 의존. 164dB에서 달성 가능한 속도는 수렴; EC-GSM-IoT가 더 높은 출력 전력으로 인해 약간 선도. LTE-M은 인밴드 NB-IoT 대비 같은 LTE 캐리어 내 더 높은 데이터 속도 혜택도 누립니다.

세 기술 모두 3GPP 요구사항인 164dB MCL에서 160bps를 충족합니다.

9.3.1.2 지연시간

지연시간은 예외 보고(고중요, 드문 메시지, 85바이트)로 평가. 세 기술 모두 3GPP 지연시간 목표 10초(Release 13) 충족. 일반 커버리지 내에서 LTE-M이 더 높은 데이터 속도 덕분에 약간 낮은 지연시간 제공. 확장 커버리지에서 EC-GSM-IoT가 더 높은 송신 전력으로 더 높은 데이터 속도를 내 최저 지연시간 달성. 스탠드얼론 NB-IoT도 더 강한 다운링크 채널로 인밴드 NB-IoT보다 낮은 지연시간 향유.

Figure 9.9: 예외 보고 지연시간.

9.3.1.3 배터리 수명

배터리 수명은 두 개의 AA 배터리(총 5Wh)와 전력 증폭기 효율 45-50%로 모든 기술 평가. 모든 CIoT 기기는 적극적 수면 주기 사용, 데이터 전송시에만 활성화되고 그렇지 않으면 저전력 모드 유지. 효율적 프로시저는 시그널링 오버헤드 감소로 소량 메시지 전송에 중요.

Figure 9.10은 일일 200바이트 보고 시 수명 표시. Table 9.5는 메시지 크기와 주기별 수명 요약. 각 기술은 일반적인 조건에서 최소 10년 배터리 수명 지원; 최악의 164dB MCL에서는 일일 전송 시에만 10년 수명 달성 가능. 더 빈번한 보고(예: 2시간마다)는 164dB에서 수명을 1-3년으로 단축.

Figure 9.10: 일일 200바이트 메시지 보고 기기의 배터리 수명.

Table 9.5: 배터리 수명.

세 CIoT 기술 모두 164dB MCL에서 3GPP 10년 배터리 수명 요구사항을 충족하거나 충족할 태세입니다.