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LTE Cat.0为万亿级物联网市场带来福音

2017-02-17 23:06:10

Cat.0实现更低功耗、更低本钱物联网装备连接到LTE网络，两节普通5号电池可以用10年以上！

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在介绍Cat.0之前，我们来看1下移动通讯技术遵守的发展规律：每10年经历1次逾越。

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伴随着移动通讯技术发展的是不断壮大的物联网市场，思科去年就发布调研报告称，到2020年，将有500亿装备接入互联网，市场范围将到达19万亿美元；IDC报告则指出，到2020年，全球的物联网市场将有300亿装备接入互联网。

各家的预测数字虽有所不同，但1致的是大都持着乐观的态度，看好物联网市场。盖茨他老人家不是也说了吗：“谁把物联网吃透了就是下1个世界首富。”

我们先来做个计算题，假定思科的预测准确，500亿接入装备中，刨去100亿连接手机和PC，剩下的400亿去直接连接互（物）联网，依照目前的技术水平，在理想情况下，全球的蜂窝网络估计也只能容纳2%（约8亿）的物联网装备接入。

8亿？截至2015年12月底，我国手机用户数达13.06亿户，也就是说1个中国的手机用户数就可以把全球所有预留给物联网装备的蜂窝网冲垮了……

有人可能会觉得思科的500亿的预测太过于理想化，万1未来像IDC预测的那样呢？刨去100亿也有200亿的冲击力。另外，M2M装备通讯领域深耕多年的宏电首席技术官还给出了两个重要因素。第1，撇开蜂窝网技术，支持物联网无线通讯接入的技术还有很多，比如大家熟习的蓝牙、zigbee、802.11ac等，可见，物联网装备给予互联网的压力巨大。所以，光指着蜂窝网络明显是捉襟见肘的，或说用现有的Cat.1⑴0规范是不切实际的。第2，资源利用率的问题，1台低流量的物联网装备通过Cat.1⑴0的带宽上网，就好比1辆自行车走在高速公路上，实在有点大材小用。

如此1来，就需要1个新的UE-Category规范。它需要完全打翻现有寻求高无线性能的向上堆叠，而是向下做有针对性的耦合，独立于Cat.1⑴0（准确来说应当是Cat.2⑴0），那末，Cat.1再往下就是Cat.0了。

那末，甚么是Cat.0？

Cat.即UE-Category，主要定义了UE终端能支持的上下行速率。根据3GPP的定义，UE-Category分为1~10共10个等级，其中Cat.1⑸为R8定义，Cat.6⑻为R10定义，Cat.9⑴0为R11定义。

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由图可见，Cat.1⑻上下行速率顺次递增。Cat.0将是比cat.1上下行速率更低的等级。

据宏电流露，目前物联网市场上LTE MTC技术处于起步阶段，绝大多数的厂家采取了规避方案实现Cat.1的产品，即便用Cat.4降速支持Cat.1，但该方案对功耗和本钱问题均没有实现完全解决。虽然如此，在巨大市场蛋糕的诱惑下，真实的Cat.0问世也只是时间问题，这个时间不会太久，它1定会赶在真实的市场需求爆发之前出来。

Cat.0实现更低功耗、更低本钱物联网装备连接到LTE网络

为了到达这个目标，LTE-M(M2M)必须对LTE网络进行几个方面的优化：

1)装备本钱

虽然大量装备接入带来巨大价值，但是，连接装备的本钱却是1个大问题。连接蜂窝网络的装备需要芯片支持，为了支持高清视频、在线游戏，目前LTE芯片主要支持几10到几百Mpbs的高速高性能LTE网络。芯片支持的速率越高，硬件就越复杂，本钱也就越高。物联网M2M利用其实不需要这么高的速率，乃至有些装备间连接只需要几百bps就够了。因此，为了减小装备本钱，就得简化芯片来满足物联网M2M利用需求。

为了减少装备本钱，R12就制定了Cat.0终端等级，实际上，Cat.0指的就是低本钱的M2M装备。为了下降装备复杂性和减小装备本钱，Cat.0定义了1系列的简化方案，主要包括：

1. 半双工FDD模式(Half duplex FDD).

半双工FDD模式允许在FDD模式下时分复用。

2.减小装备接收带宽到1.4MHz，固然，也能够扩到20MHz。

3.单接收通路，取消RX分集双通路。

4.低速数据速率。不但下降速率需求，处理器计算能力和存储能力也相对下降。

在R13版本还会有进1步的优化，比如取消发射分集，不再支持MIMO，支持小于1.4MHz更低的带宽，支持更低的数据速率。

关于Cat.0、Cat.1、Cat.4和R13版本的Cat.的特点比较以下图：

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为了面向物联网，下降装备本钱，除定义Cat.0终端装备等级外，还需要对电池使用时长和覆盖进行优化。

2)电池寿命

物联网装备遍及各行各业的各个角落，不可能像我们的手机1样每天为其充电，乃至每月充1次电的保护本钱也是不敢想象的。1些装备需要长时间保持运行状态，1旦电池耗尽，通讯中断，可能会致使重大损失。比如，利用于山洪预警的装备直接将信号传送至预警控制中心。超长的电池使用时间，就显得尤其重要。

为了省电，R12采取1种叫power saving mode (PSM，省电模式) 的方案。如果装备支持PSM，在附着或TAU(Tracking Area Update)进程中，PSM向网络申请1个激活定时器值。当装备从连接状态转移到空闲状态后，该定时器开始运行。当定时器终止，装备进入省电模式。当装备进入省电模式，装备不再接收寻呼消息，看起来装备和网络失联，但装备依然注册在网络中。装备将1直保持这类省电模式，直到装备需要主动向网络发送信息(比如周期性TAU，发送上行数据等)。

听说，采取这类方案，两节5号电池可以用10年以上。

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