CAT-M e NB-IoT: Melhores Tecnologias LPWA para IoT com Quectel

cat-m

A tecnologia LPWA (Low-Power Wide-Area) está possibilitando o próximo grande salto em direção a um mundo conectado e à IoT. As redes LPWA são projetadas para aplicativos IoT e máquina a máquina (M2M) que têm baixas taxas de dados, exigem bateria de longa duração e custo otimizado e operam em locais remotos e de difícil acesso. Eles serão fáceis de implementar e implantar e atenderão a uma série de mercados verticais, como manufatura, vestíveis, utilitários e transporte.

Características principais do LPWA

• Baixo consumo de energia que permite que os dispositivos durem até 10 anos com uma única carga;

• Transferência de dados otimizada que suporta blocos de dados pequenos e intermitentes;

• Baixo custo unitário do dispositivo;

• Fácil instalação da rede;

• Otimizado para baixo rendimento, longa ou curta distância;

• Penetração e cobertura interna suficiente.

NB-IoT e CAT-M são as melhores soluções para LPWA e IoT devido às seguintes vantagens:

• Melhor cobertura interna;

• Baixo consumo de energia;

• Conexões massivas;

• + 20dB melhor que GSM;

• Bateria de 10 anos;

• 50K conexões por célula.

 CAT.NB1CAT.M1EC-GSMLoRa SemtechUNB Sigfox
SpectrumLTE & 2G BandsLTE Bands2G BandsUnlicensed 433/868/915 MHzUnlicensed 902 MHz
Modulation & Demodulationpi/4 QPSK pi/2 BPSKQPSK QAMGMSKChirp Spread SpectrumFSK
Data Rate<200kpbs375kbps70kbps<100kbps<1kbps
Bandwidth200KHz1.08MHz200KHz125-500kHz100KHz
Transmit Power23dBm20dBm or 23dBm23dBm or 33dBm14dBm14dBm
NetworkMostly S/W UpgradS/W UpgradMostly S/W UpgradGreen FieldGreen Field
Terminal Price~2G Price~2G Price=2G Price~2G Price~2G Price
Battery Life>10 years>10 years>10 years>10 years>10 years
Coverage164dB ~15km163dB ~15km164dB ~15km157dB ~10km16dB EU ~12km
Standard3GPP3GPP3GPPLoRa AllianceNa

*Tabela apresenta dados globais.

PSM & eDRX

Além das características já apresentadas sober o CAT-M e NB-IoT, vale ressaltar duas importantes funcionalidades dessas tecnologias, PSM e eDRX.

PSM – Power Saving Mode:

O Modo de economia de energia (PSM) é um recurso importante para dispositivos e aplicações eMTC / NB-IoT com o seguinte requisitos:

  • Raramente ativo
  • Curta duração da comunicação ativa
  • A transmissão de dados é originada principalmente por dispositivos eMTC / NB-IoT, mas também é possível se envolver em DL receber durante a duração ativa
  • Restrição de energia, funcionando com bateria
  • Requer bateria de longa duração

O modo PSM definido pelo 3GPP R12 é semelhante ao desligamento, tornando um dispositivo IoT inativo para economizar energia e desperte o dispositivo apenas por um curto período de transmissão de dados, mas o módulo BG9x permanece registrado na rede e não há necessidade de reconectar ou restabelecer as conexões PDN. O módulo BG9x que usa PSM está disponível para comunicação móvel apenas durante o tempo em que está no modo conectado e por um período pré-configurado. O modo conectado é causado por um evento originado em dispositivo móvel, como transferência de dados ou sinalização, por exemplo, após um procedimento TAU / RAU periódico. PSM é, portanto, destinado ao módulo que espera apenas serviços de origem e de terminação móveis pouco frequentes e que pode aceitar uma latência correspondente na comunicação de terminação móvel.

LPWA
Figura 1: Power Saving Mode em aplicações eMTC / NB-IoT

eDRX

Para reduzir ainda mais o consumo de energia, o CAT-M e NB-IoT suporta não apenas o modo de trabalho LTE DRX tradicional, mas também o ciclo DRX estendido, que é o eDRX. O eDRX foi projetado para reduzir o consumo de energia, fazendo com que o módulo entre periodicamente no modo de hibernação, que é o mesmo do DRX. Seu princípio básico é dividir o estado ocioso (idle) em período de paging e período de suspensão. O processo de trabalho do módulo é consistente com DRX durante o período de paging. Comparado com o DRX, o eDRX suporta um período de paging mais longo para reduzir ainda mais o consumo de energia, conforme mostrado abaixo:

image 33
Figura 2: eDRX suporta um período de paging mais longo para reduzir ainda mais o consumo de energia, se comparado ao modo DRX

Campos de Aplicação

IoT Public

O público da IoT se concentra em aplicativos LPWA que atendem ao público em geral, como medição inteligente, alarmes e detectores de eventos e lixeiras inteligentes.

IoT Appliance

O gerenciamento se torna mais eficiente por meio de melhorias na análise de big data. O dispositivo IoT compreende principalmente aplicativos LPWA que visam fornecer inteligência para o usuário por meio de sensores e dispositivos que são encontrados na área local.

IoT Personal

O IoT para uso pessoal apresenta em grande parte aplicativos LPWA que criam uma rede de área pessoal para fins de troca de informações para o usuário, como wearables, smart bike e monitoramento de crianças.

Indústria de IoT

A IoT Industry oferece principalmente aplicativos de baixa potência de ampla área que ajudam a melhorar a eficiência empresarial e industrial em geral, incluindo rastreamento de logística, rastreamento de ativos e agricultura inteligente.

As vantagens dos módulos LPWA da Quectel

• Módulo NB-IoT e NB-IoT / eMTC de tamanho compacto

• Consumo de energia ultrabaixo

• Super alta sensibilidade

• Compatível com módulo Quectel GSM / GPRS, fácil para atualização futura

• Incorporado com protocolos de internet TCP/HTTP/MQTT/SSL

Módulo LTE BG95 Cat M1 / Cat NB2 / EGPRS

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Figura 3: Módulo LTE BG95 Cat M1 / Cat NB2 / EGPRS

A série de módulos BG95 é uma família de módulos LPWA multimodo que suportam LTE Cat M1 / Cat NB2 / EGPRS e GNSS integrado. Baseado no chipset Qualcomm MDM9205, o BG95 é compatível com 3GPP Rel-14 e oferece taxas de dados máximas de 588 kbps no downlink e 1119 kbps no uplink no LTE Cat M1. Ele apresenta um consumo de energia ultrabaixo aproveitando a memória RAM / flash integrada, bem como o processador ARM Cortex A7 com suporte a ThreadX (RTOS para programação interna), alcançando até 70% de redução no uso em PSM e 85% de redução no consumo de corrente eDRX em comparação com seu antecessor, o módulo BG96.

O BG95 possui um conjunto abrangente de recursos de segurança baseados em hardware e permite que aplicativos confiáveis sejam executados diretamente no processador interno, o Cortex A7 TrustZone. Além disso, o BG95 fornece compatibilidade pino a pino com módulos Quectel LTE Cat 4 EG91/EG95, módulo LTE Cat M1/Cat NB1/EGPRS BG96, módulo NB-IoT BC95, módulos UMTS / HSPA UG96 e módulo GSM / GPRS M95.

Com um form factor SMT compacto de 23,6 mm×19,9 mm×2,2 mm e alto nível de integração, o BG95 permite que integradores e desenvolvedores projetem facilmente seus aplicativos e aproveitem o baixo consumo de energia e a intensidade mecânica do módulo. Seu footprint LGA avançado permite a fabricação totalmente automatizada para aplicações de alto volume. Um rico conjunto de protocolos de Internet, interfaces padrão da indústria e funções abundantes estendem a aplicabilidade do módulo a uma ampla gama de aplicações M2M, como POS sem fio, medição inteligente, rastreamento, dispositivos vestíveis, etc.

Características principais

● Módulo LTE Cat M1 / Cat NB2 / EGPRS com consumo de energia ultrabaixo

● Fácil migração dos módulos Quectel 2G/GSM/GPRS, 3G/UMTS/HSPA e 4G/LTE

● RAM e flash integrados no chipset

● Conjunto abrangente de recursos de segurança baseados em hardware

● Suporte a VoLTE (Cat M1 apenas), voz para GSM, QuecOpen®, eSIM, etc.

● Time-to-market rápido: projetos de referência, ferramentas de avaliação e suporte técnico avançado minimizam o tempo de projeto e os esforços de desenvolvimento

● Footprint LGA/SMT compacto ideal para aplicações de tamanho limitado com espaço reduzido

● Montagem e interfaces robustas

Sobre a Quectel

A Quectel é o fornecedor líder global de módulos celulares e GNSS, com um amplo portfólio de produtos que cobre as tecnologias sem fio mais recentes como 5G, 4G LTE/LTE-A, NB-IoT/CAT-M, 3G UMTS/HSPA(+), 2G GSM/GPRS e GNSS. Como desenvolvedora de tecnologia IoT e fornecedora de módulos celular, a Quectel é capaz de fornecer serviços completos para módulos celulares IoT e M2M. Os produtos da Quectel têm sido amplamente aplicados nos campos de IoT/M2M, incluindo segmento de pagamentos inteligente, telemática e transporte, energia, cidades inteligentes, segurança, gateways sem fio, indústria, saúde, agricultura e monitoramento ambiental.

Para mais informações, entre em contato conosco através do e-mail info@quectel.com

(*) este post foi patrocinado pela QUECTEL.

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A Quectel é o fornecedor líder global de módulos celulares e GNSS, com um amplo portfólio de produtos que cobre as tecnologias sem fio mais recentes como 5G, 4G LTE/LTE-A, NB-IoT/CAT-M, 3G UMTS/HSPA(+), 2G GSM/GPRS e GNSS. Como desenvolvedora de tecnologia IoT e fornecedora de módulos celular, a Quectel é capaz de fornecer serviços completos para módulos celulares IoT e M2M. Os produtos da Quectel têm sido amplamente aplicados nos campos de IoT/M2M, incluindo segmento de pagamentos inteligente, telemática e transporte, energia, cidades inteligentes, segurança, gateways sem fio, indústria, saúde, agricultura e monitoramento ambiental.

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Rogerio Moreira
Membro
17/02/2021 13:36

Micael, como sempre bem legal seus artigos e apresentações. Como somos uma comunidade é sempre bom passar informações fidedignas para os membros. Essa tabela que você copiou e colou de outra apresentação, é bem tendenciosa e pode induzir ao erro de decisão para o desenvolvedor com menos experiência. Sugiro que você faça uma revisão sincera. Por exemplo: LoRa não opera na faixa de 433MHz no Brasil, por questões do regulamento da Anatel. A faixa de 868MHz não é “unlicensed” no Brasil. No Brasil LoRa é largamente utilizado na faixa de 915MHz. A máxima taxa de dados no LoRa é 12.5… Leia mais »

Arilson Mendes
Arilson mendes
12/02/2021 11:48

Certo mas como podemos testar esse modulo? Precisamos que os fabricantes entrem em contato com as operadoras para que possamos testar! Concordo xom todas as vantag3ns expostas aqui, porem sem um acordo par testes o hardware é inutil.

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