¿Qué es LTE-M y cómo se compara con NB-IoT?

¿Qué es LTE-M?

Las aplicaciones de Internet de las Cosas (IoT) que se despliegan en redes de área extensa requieren protocolos de communicación fiables. LTE-M o LTE-Cat M1 es uno de estos protocolos WAN. Pertenece al WAN de bajo consumo (LPWAN), donde otras tecnologías como la LoRa y NB-IoT. Puede considerarse un competidor basado en la tecnología celular de otras tecnologías LPWAN dirigidas específicamente a realizar aplicaciones IoT WAN. Se lanzó por primera vez en Versión 13 de 3GPP en 2016. La importancia de LTE-M radica en sus aplicaciones de menor ancho de banda para conectar dispositivos con recursos limitados a través de una WAN. LTE-M se basa en la infraestructura celular existente, lo que reduce los costes generales de creación de nuevas infraestructuras. LTE-M puede proporcionar una velocidad de datos de hasta 4 Mbps según la versión 14.

¿Cómo funciona LTE-M?

LTE-M, a diferencia de sus homólogos celulares como LTEse centra en IoT y M2M a través de una red de área extensa. Para ello, LTE-M incorpora algunas características que lo convierten en el candidato ideal.

El primer reto que hay que superar es el elevado consumo de energía de las tecnologías de communicación celular heredadas. Para superarlo, LTE-M utiliza dos características excepcionales. Son las siguientes:

• Modo de ahorro de energía (PSM)
• Recepción discontinua ampliada (eDRX)

En PSM, el dispositivo pasa al modo de reposo mientras está registrado en la red. Sin embargo, antes de pasar al estado de reposo, el dispositivo debe notificar a la red la hora a la que puede volver a despertarse. Un dispositivo puede estar en estado de reposo durante 12 días. También puede activarse antes de la hora especificada por una emergencia como una alarma. Este estado de reposo se conoce como reposo registrado. Tras despertar del estado de reposo, el dispositivo enviaría datos y debería esperar un tiempo a que la red respondiera.

eDRX reduce la tendencia del dispositivo a communicarse con la red. Un LTE normal tiene un ciclo de paginación cada 1,28 segundos. En cambio, para un dispositivo LTE-M sería cada 10,24 segundos. Esto sugiere que un dispositivo LTE-M tendría menos frecuencia de paginación, reduciendo así el consumo de energía, en estado activo. La diferencia entre cómo PSM y eDRX consiguen un bajo consumo de energía es que PSM reduce la energía en el estado inactivo mientras que eDRX reduce el consumo de energía en el estado activo. Estas características combinadas pueden aumentar la duración de la batería del dispositivo hasta 36 años de funcionamiento en el caso ideal. Sin embargo, debido a las corrientes de fuga y los aspectos de autodescarga de la batería, se espera que sea de unos 10 años.

El bajo coste de los dispositivos es otro factor crítico que tenemos en cuenta a la hora de decidir una tecnología de communicación adecuada para nuestra aplicación IoT y M2M. Para hacer frente a este reto, el 3GPP lanzó la Release 12. En la versión 12 se introdujeron importantes funciones de reducción de costes y optimización. En primer lugar, permitía FDD semidúplex en comparación con el FDD dúplex completo de LTE, lo que eliminaba el uso de filtros dúplex. También redujo el ancho de banda a 1,4 MHz e introdujo una velocidad binaria baja, con lo que se redujo la complejidad del dispositivo. Además, con la versión 13 o LTE-M, se admitió un diseño de RF de banda más estrecha junto con una baja potencia de transmisión. Estos factores summedieron lugar a dispositivos más rentables y competitivos que utilizan LTE-M.

Además, otro reto que se impondría es el coste de despliegue de LTE-M y la consecución de una cobertura total. Para superar el coste de despliegue, un dispositivo LTE-M se integraría en una infraestructura LTE existente y, para aumentar la cobertura, LTE-M proporciona un presupuesto de enlace adicional de 15 dB para aumentar la cobertura. Este presupuesto de enlace adicional multiplica por siete la cobertura de la zona.

Mapa de cobertura LTE-M

El mapa de cobertura de LTE-M es una práctica herramienta proporcionada por varios proveedores de LTE-M para popularizar el uso de LTE-M en el ámbito de IoT. Un mapa de cobertura ayuda a los usuarios a determinar el soporte de LTE-M en una región. Algunos de los proveedores más conocidos son Velos, Verizon, AT&T y EMnify. (A continuación se muestra un mapa de despliegue de IoT móvil proporcionado por GSMA).

LTE-M frente a NB-IoT

LTE-M y NB-IoT son tecnologías de communicación de banda estrecha LPWAN. Ambas se basan en la tecnología celular. LTE-M forma parte de la versión 13, mientras que NB-IoT forma parte de la versión 14 del 3GPP. Por lo tanto, ambas utilizan un espectro de operación bajo licencia. LTE-M tiene una buena cobertura en comparación con NB-IoT, ya que utiliza la infraestructura celular 4G existente. En términos de latencia y velocidad de transmisión de datos, LTE-M es la mejor solución en comparación con NB-IoT. Las velocidades de datos de LTE-M oscilan entre 384 kbps y 1Mbps, mientras que las de NB-IoT son inferiores a 250 kbps. Sin embargo, NB-IoT tiene una buena resistencia a las interferencias en comparación con LTE-M. Además, tanto LTE-M como NB-IoT tienen buena cobertura y rendimiento en interiores en comparación con otras tecnologías LPWAN.

LTE-M es la mejor solución en comparación con NB-IoT si su aplicación requiere altos requisitos de movilidad. LTE-M utiliza la capacidad de traspaso que ofrece la tecnología celular LTE dado que hay cobertura en cada zona. Además, LTE-M utiliza una pila de communicación basada en IP, mientras que NB-IoT utiliza una pila de communicación basada en mensajes. Otra característica interesante, además de las altas capacidades de movilidad, es que LTE-M hereda la capacidad de voz sobre LTE (VoLTE). Esto no está presente en NB-IoT.

Por último, LTE-M es una alternativa adecuada para los dispositivos que requieren más actualizaciones de su firmware y software a menudo durante su ciclo de vida. También admite la itinerancia entre redes y actualmente está ganando popularidad en la región de Norteamérica en comparación con NB-IoT, que es popular en las regiones de Europa y Asia.

Ventajas de LTE-M

Veamos algunas de las posibles aplicaciones de LTE-M en el dominio LPWAN IoT y M2M. Antes de eso, vale la pena summar las principales ventajas de LTE-M de la siguiente manera:

• Batería de larga duración: Esto lo permiten PSM y eDRX.
• Dispositivos menos costosos: LTE-M proporciona dispositivos de bajo coste con las atractivas características de LTE
• Cobertura mejorada: LTE-M ofrece más cobertura que NB-IoT al proporcionar un presupuesto de enlace adicional.
• Admite grandes volúmenes de dispositivos: Con optimizaciones y cambios en el núcleo de la red celular LTE, LTE-M puede soportar grandes volúmenes de dispositivos simultáneamente.
• Alto rendimiento y garantía de futuro: Gracias a su alto rendimiento, LTE-M admite actualizaciones de software y firmware sin agotar la batería. Esto aumenta la esperanza de vida del dispositivo.

LTE-M es una solución atractiva cuando hay grandes requisitos de movilidad, como en el seguimiento de activos y animales a través de WAN. Como admite muchos dispositivos, también se utiliza mucho en aplicaciones de ciudades inteligentes. Además, por su capacidad de itinerancia, es una de las mejores soluciones para aplicaciones de automoción y logística. Entre ellas se incluyen la gestión de flotas y la optimización de rutas. Además, como transmite datos a un intervalo determinado y utilizaría PSM, se emplea mucho en aplicaciones que requieren una baja frecuencia de transmisión de datos, por ejemplo, los contadores inteligentes.

Futuro e impulsores de LTE-M

La adopción de LTE-M está impulsada por

• Su bajo coste y bajo coste de despliegue: Dado que LTE-M utiliza la infraestructura existente en comparación con las nuevas fronteras en tecnologías celulares como 5GLTE-M es una solución muy accesible.
• En términos de cobertura y eficiencia energética, LTE-M ofrece la mejor capacidad y es un buen compromiso de estos términos.
• LTE-M tiene un soporte de voz y una velocidad de datos mínimos en comparación con fronteras modernas como 5G.

Estos factores y el mercado altamente competitivo impulsan a LTE-M a ser una mejor solución LPWAN IoT y M2M.

Conclusión

LTE-M es una solución ideal para su aplicación LPWAN si necesita altos requisitos de movilidad con bajo coste de dispositivos y bajo coste de despliegue. También debe tenerse en cuenta que puede soportar grandes volúmenes de dispositivos, lo que es crítico en términos de despliegues más grandes. Por último, puede concluirse que LTE-M es una solución mejor en el competitivo mercado del IoT.