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LTE-Cat.1卷土重来为哪般? 要取代NB-IoT?

发布时间:2021-01-05

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 Cat.1是什么东东?

在介绍这个之前,我们先回顾一下蜂窝物联网的历史。首先,大家普遍认为,有了NB-IoT之后,才有了蜂窝物联网,尤其是在中国,大多数人是这样认为的。其实不然,在有了第二代通信系统,即GSM( GPRS)之后就有了蜂窝物联网,大家最早接触到的移动WAP功能就是通过GPRS的功能实现的。
很早之前,就已经利用GPRS的嵌入式系统实现了无线数据传输领域的很多复杂应用,如在远程抄表、工业控制和智能交通等领域都得到了广泛的发展。


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随后出现的EDGE,以及CDMA网络和WCDMA网络对数据业务的支持更加速了移动物联网的发展,只是在那个时候,这些“先驱”物联网应用还没有被炒得这么火热,那时候还只是叫某某技术的数据模块之类的东西。
物联网概念在中国的大肆炒作是由于NB-IoT的出现。随着物联网的发展,大家逐渐认识到,物联网的设备应该具有几个比较大的特点,笔者的理解就是“三低两大”,如下表:

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物联网的这些特点有些其实是相互制约的。例如,数据的传输速率和本身的终端功耗就是相互影响的。
基于这样的要求,在2016年3GPP R13发布的时候,才正式发布了基于LTE 技术的NB-IoT的标准,满足了我们上面提到的“三低两大”的设计要求,当时炒得最火的就是5000mAH的电池,NB-IoT的设备的续航时间要达到10年;另外,每个模块的价格要低于5美金。
现在,每个NB-IoT模块的成本已经低于20元RMB; 那么NB-IoT设备使用5000mAH时的电池是否能够达到续航时间10年呢?可能只有每个厂家自己才知道啦。
NB-IoT标准其实就是当时3GPP中所谓的LTE-M2标准,同时,还有一个在中国一直没有上的标准,那就是 LTE-M1,即所谓的eMTC标准,也称为LTE-M,也同时在3GPP R13的标准中发布。
这个标准一直没有受到中国政府的鼓励发展,目前主要应用在一些北美和欧洲的一些国家。eMTC与NB-IoT的不同主要是带宽为1.4MHz,而NB-IoT是180 kHz,这也决定了两者在数据速率和耗电上的不同。


说了这么多, Cat.1在哪呢?

其实Cat.1早在2009年的3GPP Rel.8里面就定义好啦,距离现在差不多已经11年啦,比NB-IoT还要早上7年。严格的来讲,Cat.1真的不是专门为物联网来定义的,它是最早3GPP为LTE手机终端定义的一个种类,而且是最低级的那个。Rel.8一共定义了5款LTE终端,分别为Cat.1到 Cat.5。

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这5款终端分别对应着不同的服务等级。Cat.1作为“最低配”的等级,这十几年,基本上被“雪藏”啦,一直没有派上用场。直到最近终于到了出头之日,大火起来啦。Cat.1和eMTC以及NB-IoT在技术上有哪些区别?


终端类型
Cat.1
NB-loT
eMTC
3GPP标准版本 Rel.8(2009) Rel.13(2016) Rel.13(2016)
带宽
20M 180K 1.4M
数据速率(上/下) 5m/10M 250k/170K 1M/1M
天线数量 2 1 1
双工模式 全双工 半双工 全/半双工
终端功率

23dBm

20/23dBm 20/23dBm

相对于NB-IoT和 eMTC 的最大区别我们看就是相对大的带宽和高度数据传输速率。另外我们看,Cat.1的终端使用两个天线,使用了全双工的模式。这些都相对增加了终端本身的成本。那么到底为什么Cat.1一下子又受到了重视呢?
首先最重要的一个原因,很多业内人士认为是由于2G,3G的退网,原来的一些高速的物联网业务没有了承载网络,需要一种高速的物联网技术来取代。
其实,对于2G的业务,NB-IoT 基本是可以代替的;主要是对于3G的一些数据业务,NB-IoT 还不行,所以需要Cat.1技术。这是其中一部分原因。

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笔者认为还有另外一个深层次的原因,那就是这也是LTE产业生态自身的需求。随着国家5G的建设投入,在高速率应用场景,LTE的应用会逐渐被5G的网络所蚕食和替代,所以在高端/高速的应用上,LTE已经很难在有所作为或更远的发展,LTE生态,包括设备商和运营商需要向“低端”的应用渗透,当前物联网的发展正好顺应了这一需求。
Cat.1当仁不让,正好扛起了这杆大旗,所以不论是芯片商,还是模块商,都在摇旗呐喊,谋求在LTE上的利益最大化。这也是在短短的期间内,有超过10家芯片商或模块商很快推出了自己的Cat.1芯片或模组的原因。下图为某厂家的Cat.1模块。

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那么Cat.1会取代NB-IoT吗?

很多业界大老们认为,Cat.1开启规模商用是与NB-IoT形成互补而非替代。从标准的制定而言,Cat.1更多地倾向于支持实时性、移动性,需要一定带宽的传输。NB-IoT成本很低,部署很灵活,支撑的是1Mbps以下市场的需求。在NB-IoT与LTE Cat.4之间,Cat.1拥有一个巨大的市场,而非替代的关系。

在2020年,Cat.1将广泛应用于新零售、共享经济、金融支付、公网对讲、POS终端、能源、工业控制等场景。未来3-5年,Cat.1将发展成为蜂窝物联网主要的制式。





根据我们上面的介绍,笔者认为Cat.1唯一弱于NB-IoT的地方是成本和功耗。然而随着LTE模块成本的进一步降低(有的厂家已经推出了所谓的Cat.1 bis-单天线Cat.1), 在成本上Cat.1模块越来越接近于NB-IoT模块。而且还具有其他一些优势:

  • 数据速率高,支持移动性
  • 有更短的时间延迟,适合Pos机等实时的付费业务
  • 支持语音VoLTE业务
  • 完全兼容于现有的LTE网络,不需要任何调整。

所以随着时间的发展,LTE  Cat.1必定会挤压NB-IoT的市场空间,在短距离的物联网应用上,还有来自WiFi 和蓝牙的挤压,NB-IoT将会处在一个比较尴尬的境地。



对于,NB-IoT来讲,需要在自己的强势领域低功耗上进一步扩展自己的应用领域,同时,在产业链的发展上,不断壮大自己的产业链阵容,以此来抵御来自Cat.1发展对自己的影响。


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对于Cat.1来讲,现在是一个很好的发展机遇。但是由于基于Cat.1的终端还是一个“新”事物,所以需要经过严格而谨慎的测试,尤其是在稳定性、功耗和VoLTE等主要功能的测试方面,以保证在进入市场初期就有很好的用户体验。


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