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LTE-M과 NB-IoT

스펙 · 릴리즈

eMTC: TS 36.211 §6.8B (MPDCCH), TS 36.213 §6.2, 7.1.11 (반복, CE 모드) · NB-IoT: TS 36.211 §10, TS 36.213 §16 · 단말 카테고리: TS 36.306 · CIoT 핵심망: TS 23.401 §4.3.17

Rel-12 Cat-0 → Rel-13 Cat-M1, Cat-NB1 → Rel-14 Cat-M2, Cat-NB2 → Rel-15 저전력 향상 → Rel-16 NR 공존, Rel-17 NTN IoT

한눈에 보기

스마트폰이 아니라 센서, 계량기, 위치 추적기 같은 사물을 연결하려면 다른 조건이 필요합니다.

  • 값싼 칩 (단말 가격 수 달러)
  • 배터리 10년
  • 지하실, 건물 깊숙이까지 닿는 커버리지
  • 속도는 느려도 됨

3GPP는 이를 위해 LTE 기반 IoT 기술 두 가지를 만들었습니다.

LTE-M (eMTC, Cat-M1) NB-IoT (Cat-NB1)
대역폭 1.4 MHz 180 kHz (LTE RB 1개)
속도 약 1 Mbps 수십 kbps
이동성·음성 핸드오버, VoLTE 가능 거의 정지, 음성 불가
용도 웨어러블, 차량 추적, 알람 계량기, 주차 센서, 농업 센서

비교

항목 Cat-1 (참고) Cat-M1 (Rel-13) Cat-M2 (Rel-14) Cat-NB1 (Rel-13) Cat-NB2 (Rel-14)
단말 대역폭 20 MHz 1.4 MHz (6 PRB) 5 MHz 180 kHz 180 kHz
최대 DL / UL 10 / 5 Mbps 약 1 / 1 Mbps 약 4 / 7 Mbps 약 26 / 62 kbps 약 127 / 159 kbps
듀플렉스 FD-FDD, TDD FD/HD-FDD, TDD 〃 HD-FDD (Rel-15 TDD) 〃
수신 안테나 2 1 1 1 1
최대 송신 전력 23 dBm 23 / 20 dBm 23 / 20 dBm 23 / 20 dBm (Rel-14: 14 dBm) 〃
커버리지 (MCL) 약 144 dB 약 156 dB 〃 약 164 dB 〃
이동성 핸드오버 핸드오버 핸드오버 셀 재선택만 〃
음성 VoLTE VoLTE (CE 모드 A) 〃 — —

커버리지 향상의 비결: 반복

같은 데이터를 수십~수천 번 반복 전송하고 수신기가 모두 결합합니다. 반복 2배당 약 3 dB 이득입니다.

기술 최대 반복
LTE-M CE 모드 A PDSCH/PUSCH 32회
LTE-M CE 모드 B PDSCH/PUSCH 2048회
NB-IoT NPDSCH 2048회
NB-IoT NPUSCH 128회

대가는 지연과 전송 시간입니다. 극한 커버리지에서는 수 초 동안 송신해야 수십 바이트를 보낼 수 있습니다.

NB-IoT 배치 모드

flowchart LR
    subgraph S[Standalone]
        S1[GSM 대역 재활용<br/>200 kHz 캐리어]
    end
    subgraph G[Guard-band]
        G1[LTE 캐리어 보호 대역 안]
    end
    subgraph I[In-band]
        I1[LTE 캐리어의 PRB 1개 사용<br/>LTE CRS·제어 영역 회피]
    end

절전 기능

기능 원리 효과
PSM (Rel-12) 활성 시간(T3324) 후 다음 TAU까지 완전 수면 수일~수백 일 동안 도달 불가, 최소 전력
eDRX (Rel-13) Idle DRX를 최대 43분(LTE-M) / 2.9시간(NB-IoT)으로 확장 도달 가능성과 전력의 절충
WUS (Rel-15) 페이징 전 짧은 웨이크업 신호 → 대상이 아니면 PDCCH 감시 생략 페이징 전력 감소
EDT (Rel-15) Msg3에 데이터 실어 보내고 연결 없이 종료 작은 데이터 전송 전력 감소
CP CIoT 최적화 NAS 메시지에 데이터 탑재 DRB 설정 생략
전문가 노트 — 채널 구조 세부

LTE-M 협대역(narrowband). 시스템 대역을 6 PRB 단위 narrowband로 나누고, MPDCCH/PDSCH/PUSCH가 narrowband 사이를 주파수 호핑합니다. 단말 RF 재조정 시간(retuning, 최대 2 심볼)을 위해 가드 구간이 필요합니다. 기존 PDCCH 영역은 쓰지 않고(1.4 MHz 단말은 전체 대역 PDCCH를 못 받음) MPDCCH(ePDCCH 기반, DCI 6-x)를 씁니다.

NB-IoT 하향 채널. - NPSS: 서브프레임 5, NSSS: 짝수 프레임 서브프레임 9, NPBCH: 서브프레임 0 (640 ms TTI) - NPDCCH / NPDSCH: 나머지 서브프레임, DCI N0/N1/N2 - NRS (협대역 참조신호): 2포트 - In-band 모드에서는 LTE의 CRS·제어 영역(최대 3 심볼)을 피해 매핑

NB-IoT 상향 채널. - NPRACH: 단일 톤, 3.75 kHz 부반송파, 심볼 그룹 단위 주파수 호핑(톤 위치로 TA 추정). Rel-15 1.25 kHz 형식 추가(최대 120 km 셀) - NPUSCH format 1 (데이터): 단일 톤(3.75 kHz 또는 15 kHz, π/2-BPSK·π/4-QPSK) 또는 다중 톤(3, 6, 12 톤, QPSK) - NPUSCH format 2 (HARQ-ACK): 단일 톤 반복 - 자원 단위(RU) = 톤 수 × 슬롯 수 조합 (예: 1 톤 × 16 슬롯 @15 kHz = 8 ms) - 단일 톤 + π/2-BPSK는 PAPR이 거의 0 dB라 저가 증폭기로 최대 출력 가능

HARQ. NB-IoT는 Rel-13에서 HARQ 프로세스 1개(Rel-14 Cat-NB2: 2개), 비동기, 반이중이라 처리량이 낮습니다.

NR 시대의 LPWA. NR에는 별도의 NB-IoT/LTE-M이 없습니다. 대신 Rel-16에서 NR 캐리어 안에 LTE-M/NB-IoT를 공존(자원 예약)하는 방법을 정의했고, 5GC에 연결하는 CIoT 5GS 최적화를 추가했습니다. NR 중저가 단말은 RedCap(Rel-17), 초저전력 무전원 단말은 Ambient IoT(Rel-19)가 이어받습니다.

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