NB-IoT vs LTE-M vs Cat-1 bis vs Cat-4
Il numero della Cat non è una classifica. Payload, intervallo di invio, mobilità e bande della destinazione determinano il bearer. Confronti i compromessi prima di scegliere il modulo.
NB-IoT, LTE-M, Cat-1 bis e Cat-4 sono quattro bearer cellulari con compromessi diversi in termini di payload, consumo, mobilità e portata. Il numero di categoria descrive la capacità di picco, non l’idoneità. La scelta dipende da ciò che il dispositivo invia, con quale frequenza, se si sposta e quali bande usano gli operatori della destinazione.
Dati essenziali
- Cat-4 trasporta fino a 150 Mbps in downlink e 50 Mbps in uplink. Cat-1 bis trasporta 10 Mbps in downlink e 5 Mbps in uplink.
- NB-IoT usa un canale da 180 kHz; LTE-M usa 1,4 MHz all’interno della griglia LTE.
- NB-IoT è progettato per dispositivi fissi; LTE-M, Cat-1 bis e Cat-4 supportano la mobilità.
- Il risparmio energetico deriva da PSM ed eDRX oltre che dalla radio; il bearer da solo non determina la durata della batteria.
In questa pagina
Il numero della Cat non è una classifica
Cat-4 non è migliore di Cat-1 bis, e Cat-1 bis non è migliore di LTE-M. Ogni etichetta descrive un diverso equilibrio tra throughput, consumo, mobilità e portata. Un contatore dell’acqua e una telecamera hanno entrambi bisogno di dati cellulari, ma chiedono alla radio cose opposte. Scegliere il numero più alto significa pagare in consumo energetico e dimensioni del modulo di cui il dispositivo potrebbe non avere bisogno.
Si parta dal traffico e dall’installazione fisica, non da una categoria. Un dispositivo che invia 40 byte una volta al giorno da un seminterrato ha un profilo diverso da uno che carica una foto quando rileva un movimento. Il primo può restare in sospensione per giorni e ha bisogno di una penetrazione profonda. Il secondo ha bisogno di capacità in uplink e di una rete che gestisca i cambi di cella.
I quattro bearer a confronto
| Voce | NB-IoT | LTE-M | Cat-1 bis | Cat-4 |
|---|---|---|---|---|
| Payload | Piccolo e poco frequente | Da piccolo a moderato | Posizioni, log, piccole immagini | Immagini, audio, log in blocco |
| Intervallo di invio | Da minuti a giorni | Da secondi a ore | Da secondi a minuti | Continuo o a raffiche |
| Mobilità | Fisso; nessun handover | Cambi di cella supportati | Cambi di cella supportati | Cambi di cella supportati |
| Consumo | Assorbimento minimo | Assorbimento basso | Assorbimento moderato | Assorbimento massimo |
| Copertura | Massima penetrazione indoor | Copertura LTE estesa | Copertura LTE | Copertura LTE |
| Velocità di picco (categoria UE, teorica) | decine di kbps (Cat-NB1 ~26/66 kbps; Cat-NB2 ~127/159 kbps di picco) | ~1 Mbps di picco (Cat-M1) | 10 Mbps in downlink / 5 Mbps in uplink di picco | 150 Mbps in downlink / 50 Mbps in uplink di picco |
| Canale | 180 kHz | 1,4 MHz | Portante LTE | Portante LTE |
| Voce | No | VoLTE opzionale | VoLTE dove offerto e supportato dal modulo | VoLTE dove offerto |
Le velocità di picco derivano dalla categoria UE; la velocità effettiva dipende dall’operatore, dalla banda e dal segnale.
Scegliere in base al profilo di traffico
Prima di confrontare i moduli, si annotino cinque risposte: dimensione del payload, frequenza di invio, se il dispositivo si sposta, fonte di alimentazione e vita utile richiesta. Un contatore che invia una lettura da 40 byte una volta al giorno, in interni, con una batteria da dieci anni indica NB-IoT o LTE-M. Un tracker che trasmette ogni 30 secondi mentre è in movimento indica LTE-M, Cat-1 bis o Cat-4. Una telecamera che carica un JPEG quando rileva un movimento indica Cat-4.
Si aggiungano poi i vincoli che una scheda tecnica nasconde: le bande supportate dal modulo in ogni destinazione, se l’operatore ha certificato quel modulo, se il roaming è consentito e per quanto tempo l’applicazione può tollerare una sospensione per risparmio energetico. La ricerca delle bande verifica il lato radio, e il convertitore EARFCN converte un numero di canale in una banda. Se il profilo è vicino a una soglia, si realizzi prima un prototipo sul bearer a minor consumo e si misuri l’assorbimento nell’involucro reale.
Un modulo non copre tutte le bande usate da una rete
| Banda | Portata relativa | Significato |
|---|---|---|
| B28 | Sì | La rete usa |
| B3 | Sì | La rete usa |
| B7 | Sì | La rete usa |
| B41 | No | La rete usa |
| n78 | No | La rete usa |
Descrizione testuale
Il modulo di esempio supporta le bande a 700, 1800 e 2600 MHz e non supporta le bande a 2500 MHz o 3500 MHz. Un operatore della destinazione può usarne una qualsiasi. Il supporto delle bande è una proprietà del modulo e del progetto dell’antenna, non dell’etichetta del bearer, quindi occorre verificare la variante che verrà spedita.
Cosa nasconde l’etichetta del throughput
La categoria è un’etichetta di velocità di picco negoziata tra dispositivo e rete. I 150 Mbps di Cat-4 presuppongono un canale ampio, un buon segnale e una rete libera. Una telecamera dietro un muro otterrà meno. Cat-1 bis, con 10 Mbps in downlink, offre comunque molto più di quanto serva a un report di posizione, e la sua singola antenna di ricezione riduce il numero di componenti e il consumo. NB-IoT e LTE-M rinunciano alla velocità a favore di portata e batteria; il loro valore sta nel fatto che la radio può restare in sospensione a lungo ed essere comunque raggiungibile.
Si verifichi l’uplink con la stessa attenzione del downlink. Aggiornamenti firmware, caricamento dei log e immagini viaggiano in quella direzione, e un dispositivo che sulla carta sembra veloce può bloccarsi su un uplink da 5 Mbps. La larghezza di banda è un vincolo distinto dalla velocità di picco: NB-IoT occupa un blocco da 180 kHz, LTE-M richiede 1,4 MHz e le categorie LTE usano portanti ordinarie. Un modulo multimodale può ripiegare su un’altra modalità, ma solo se l’operatore gestisce la rete di ripiego e ha certificato il modulo per essa.
Risparmio energetico e copertura
La durata della batteria dipende dalle funzioni di rete, non solo dalla radio. Il Power Saving Mode consente a un dispositivo di restare in sospensione per ore o giorni e di riattivarsi mantenendo il proprio contesto. La ricezione discontinua estesa allunga il ciclo di paging, così il ricevitore si riattiva meno spesso. Entrambe le funzioni vengono negoziate con la rete e devono essere supportate dal modulo e dall’operatore. Una sospensione lunga fa risparmiare energia ma aggiunge latenza di riattivazione, il che conta se l’applicazione richiede una risposta su richiesta.
La copertura funziona in senso opposto. NB-IoT ha il link budget più ampio dei quattro, ed è per questo che raggiunge contatori nei seminterrati e sensori sigillati. LTE-M aggiunge il coverage enhancement, ma in misura minore rispetto a NB-IoT. Un link budget sulla carta non sopravvive a un armadio metallico, quindi occorre testare l’involucro, l’antenna e la posizione di montaggio reali. Se il dispositivo deve essere raggiungibile in qualsiasi momento, si misuri il percorso di riattivazione, non solo la corrente in sospensione.
Ciclo di vita della rete e roaming
Si scelga un bearer che gli operatori della destinazione gestiscono davvero. Le implementazioni di LTE-M e NB-IoT variano per operatore e per mercato, e alcuni operatori non ne gestiscono nessuna delle due. Cat-1 bis funziona su LTE ed eredita la copertura più ampia, a fronte di un consumo maggiore e di un modulo più grande. La dismissione delle reti aggiunge una dimensione temporale alla decisione: un dispositivo progettato attorno al fallback 2G ha bisogno di un piano per il giorno in cui quel fallback scomparirà, e un modulo certificato solo per il 2G è un investimento non recuperabile.
Anche il supporto del roaming non è uniforme. Il roaming LTE-M è più diffuso del roaming NB-IoT e, anche dove il roaming esiste, le regole sul roaming permanente possono limitare per quanto tempo un profilo estero può restare attivo. Si chieda l’elenco di operatori e bande per ciascuna destinazione, con la data della verifica. Si chieda per quale bearer è formulato il preventivo, perché un modulo multimodale non significa che ogni modalità sia abilitata o certificata.
Provi: dimensionare un tracker
Un tracker trasmette una posizione ogni 60 secondi e funziona con una batteria da 5.000 mAh. Apra lo stimatore della batteria con il preset tracker e legga la durata prevista. Poi imposti l’intervallo a 300 secondi e confronti.
Il risultato atteso è una durata maggiore con l’intervallo più lento, perché la radio si riattiva meno spesso. Se la differenza è piccola, la dimensione del report o il percorso di riattivazione incidono più dell’intervallo. È questo il dato da portare nella discussione sul modulo.
Cosa verificare prima di decidere
Si chieda l’elenco di mercati e bande con la data della verifica.
Verifichi ciò che ha imparato
-
Una telecamera carica un JPEG quando rileva un movimento. Quale bearer è adatto, e perché?
Cat-4, perché il payload in uplink e il burst richiedono capacità. NB-IoT e LTE-M sono progettati per messaggi piccoli e poco frequenti.
-
Perché un dispositivo NB-IoT con cinque tacche può comunque essere lento?
Le tacche indicano l’intensità del segnale, non la capacità. NB-IoT rinuncia alla velocità a favore della portata, e il dispositivo può trovarsi in un lungo ciclo di sospensione o condividere un canale stretto.
-
Che cosa determina se un modulo può andare in roaming in una destinazione?
La coppia di operatori e l’accordo di roaming, oltre al supporto delle bande e alla certificazione del modulo. L’etichetta del bearer da sola non lo determina.
Le risposte vengono mostrate su richiesta. Nulla viene valutato, salvato o inviato.
Domande frequenti
Un dispositivo può supportare più bearer?
Di quale throughput ho bisogno?
NB-IoT esegue l’handover tra celle?
Questi moduli possono andare in roaming?
Qualcuno di essi trasporta la voce?
Fonti
- GSMA NB-IoT: LPWA basato su standard con copertura profonda
- GSMA LTE-M: LPWA sulla base installata LTE (3GPP Release 13, Cat-M1)
- 3GPP TS 36.306: capacità di accesso radio dell’UE
- 3GPP TS 36.101: trasmissione e ricezione radio dell’apparecchiatura utente E-UTRA (bande operative)
- 3GPP TS 38.101-1: trasmissione e ricezione radio dell’apparecchiatura utente NR, Range 1
- 3GPP TS 24.301: protocollo NAS per l’Evolved Packet System
- 3GPP TS 23.682: miglioramenti dell’architettura per le comunicazioni con reti di dati a pacchetto e applicazioni
- 3GPP TS 36.304: procedure dell’UE in modalità idle
Termini che incontrerà
Strumenti utilizzati
Convertitore EARFCN e NR-ARFCN
Converta i numeri di canale in banda e frequenza e viceversa, con le bande NB-IoT e LTE-M evidenziate.
Apra lo strumentoRicerca bande
Verifichi le bande degli operatori per Paese, oppure incolli l’elenco delle bande del suo modulo per vedere dove funziona
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