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LTE-M: máquina a máquina, comunicaciones M2M

LTE-M: máquina a máquina, comunicaciones M2M


LTE proporciona una plataforma ideal para comunicaciones máquina a máquina, M @ M. Utilizando un ancho de banda bajo y velocidades de datos bajas, con las nuevas categorías de LTE, LTE puede admitir esta forma de comunicación mediante LTE-M

La variante LTE-M de LTE permite utilizar la enorme cobertura de las redes LTE para comunicaciones M2M sin la necesidad de instalar una nueva red.

LTE-M se ha diseñado para satisfacer las necesidades de las comunicaciones M2M de IoT con la introducción de nuevas categorías de baja velocidad de datos, y con un diseño cuidadoso de los nodos remotos, esto permite lograr una enorme duración de la batería que se extiende a muchos años.

Asociadas con la introducción de LTE-M hay nuevas categorías que se introdujeron en la Versión 13 (Rel 13) de los estándares 3GPP. Estas categorías incluyen LTE Cat 1.4MHz y LTE Cat 200kHz.

Problemas clave de LTE-M

Existen varios requisitos para las aplicaciones LTE M2M para que el sistema celular sea viable en estos escenarios:

  • Batería de larga duración: Muchos dispositivos M2M deberán dejarse desatendidos durante largos períodos de tiempo en áreas donde puede que no haya suministro de energía. El mantenimiento de las baterías es un negocio costoso y, por lo tanto, cualquier dispositivo debería poder tener un tiempo entre cambios de batería de hasta diez años. Esto significa que el sistema LTE-M debe ser capaz de consumir muy poca energía de la batería.
  • Amplio espectro de dispositivos: Cualquier sistema LTE de máquina a máquina debe ser compatible con una amplia variedad de diferentes tipos de dispositivos. Estos pueden variar desde medidores inteligentes hasta máquinas expendedoras y gestión de flotas automotrices hasta dispositivos médicos y de seguridad. Estos diferentes dispositivos tienen muchos requisitos diferentes, por lo que cualquier sistema LTE-M debe poder ser flexible.
  • Bajo costo de dispositivos: La mayoría de los dispositivos M2M deben ser pequeños y encajar en equipos muy sensibles a los costos. Con muchos sistemas M2M de bajo costo ya disponibles, LTE-M necesita proporcionar los beneficios de un sistema celular, pero a bajo costo.
  • Grandes volúmenes, velocidades de datos bajas: Como se anticipa que los volúmenes de dispositivos remotos serán enormes, el LTE-M debe estar estructurado de manera que las redes puedan acomodar una gran cantidad de dispositivos conectados que pueden requerir solo pequeñas cantidades de datos para ser transportados, a menudo en picos cortos. pero con velocidades de datos bajas.
  • Cobertura mejorada: Las aplicaciones LTE-M deberán funcionar en una variedad de ubicaciones, no solo donde la recepción sea buena. Tendrán que operar dentro de los edificios, a menudo en posiciones donde hay poco acceso y donde la recepción puede ser deficiente. En consecuencia, LTE-M debe poder funcionar en todas las condiciones.

Actualizaciones de rel 12 para LTE-M

Se introdujeron varias actualizaciones en 3GPP Rel 12 para adaptarse a los requisitos de LTE-M.

Estas actualizaciones significan que el costo de un módem M2M de bajo costo podría ser del 40 al 50% del de un dispositivo LTE normal, lo que los hace comparables con los de EGPRS.

Para adaptarse a estos requisitos, se ha implementado una nueva categoría de UE LTE Categoría 0. Estas categorías definen las amplias capacidades del dispositivo para que la estación base pueda comunicarse correctamente. Lea más sobre las categorías de LTE UE.

Estos módems LTE-M, M2M de bajo costo tienen una capacidad limitada y son:

  • Antenas: Existe la capacidad para una sola antena de recepción en comparación con dos antenas de recepción para otras categorías de dispositivos.
  • Tamaño del bloque de transporte: Existe una restricción en el tamaño del bloque de transporte. Estos dispositivos LTE-M de bajo costo pueden enviar o recibir hasta 1000 bits de datos unicast por subtrama. Esto reduce la velocidad máxima de datos a 1 Mbps tanto en el enlace ascendente como en el enlace descendente.
  • Dúplex: Los dispositivos FDD semidúplex se admiten como una característica opcional; esto proporciona ahorros de costos porque permite que los conmutadores de RF y duplexores que se necesitan para eliminar los módems de rendimiento completo. También significa que no hay necesidad de un bucle bloqueado de segunda fase para la conversión de frecuencia, aunque tener solo un PLL significa que los tiempos de conmutación entre recepción y transmisión son más largos.

Funciones LTE-M planeadas para Rel 13

Hay varias características que se están proponiendo y preparando para la próxima versión de los estándares 3GPP en términos de capacidades LTE M2M. Estos incluyen algunas de las siguientes capacidades:

  • Reducir el ancho de banda a 1,4 MHz para uplink y downlink
  • Reducir la potencia de transmisión a 20dBm
  • Reducir la compatibilidad con los modos de transmisión de enlace descendente
  • Relajar los requisitos que requieren altos niveles de procesamiento, p. Ej. esquema de modulación de enlace descendente, reduce la línea de tiempo HARQ del enlace descendente

La categoría de UE para esto se denomina 'Cat 1.4MHz'.

Hay una mejora adicional para LTE-M en Rel 13 con una opción de ancho de banda reducido de 200kHz en el enlace ascendente y el enlace descendente, a menudo denominado Banda Estrecha o NB lte_m. Al reducir el ancho de banda y también la velocidad de datos, se puede lograr una mayor simplificación del módem. La categoría UE de esto se denomina 'Cat 200kHz'.

Categorías LTE-M

Es posible resumir las diversas categorías y opciones de UE para módems y sistemas LTE-M.


Comparación de capacidades y complejidades del módem para LTE-M
CapacidadRel 8
Gato 4
Rel 12
Gato 0
Rel 13
'Cat 1,4 MHz'
Rel 13
'Gato 200kHz'
Velocidad máxima de enlace descendente (Mbps)150110.2
Velocidad máxima de enlace ascendente (Mbps)50110.144
Numero de antenas2111
Modo dúplexCompletoMedioMedioMedio
UE recibe ancho de banda (MHz)20201.40.2
Potencia de transmisión UE (dBm)23232023
Complejidad relativa del módem100%40%20%<15%

Una de las medidas clave para cualquier nodo de máquina es la complejidad del módem. A medida que este cae, también lo hace el consumo de batería. Se puede ver que LTE Cat 1.4MHz y LTE Cat 200kHz tienen módems de complejidad muy inferior en comparación con un módem Cat 4.

En consecuencia, LTE Cat 1.4MHz y LTE Cat 200kHz serán ampliamente utilizados para aplicaciones LTE-M y M2M.

LTE-M permite que LTE proporcione un servicio diseñado para satisfacer las necesidades de las muchas aplicaciones de IoT y M2M que se están desarrollando ahora. Dado que se esperaba que los nodos de IoT alcanzaran entre 20 y 30 mil millones de dispositivos en unos pocos años, era necesario que LTE abordara este sector del mercado y brindara una solución adecuada. Esto se ha logrado utilizando LTE-M.

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