奋斗了四年的 NB-IOT 怎么让 Cat.1 成了最靓的仔？
文章首发于“物联网学前班”公众号。
奋斗了四年的 NB-IOT 怎么让 Cat.1 成了最靓的仔？
NB-IOT 和 eMTC 怎么样了？
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Cat.1 是什么
首先 Cat 是 Category 的缩写，中文意思是“类别，种类”，在 3GPP 中指 UE-Category（UE: User Equipment，用户设备）。
另外，Cat 后面的数字即代表不同的种类，3GPP 将不同种类的网络用 “Cat.X” 格式命名。根据 3GPP Release 定义，Cat.X 这个值是用来标识设备无线性能等级的，根据终端通讯速率来划分。
各种 “UE-Category” 和支持速率的对应关系见下表：
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手机 4G 网络用的是哪个类别？
目前手机用的 4G 网络基本上才普及到 Cat.6，大多还停留在 Cat.4，这要看运营商和射频终端的支持情况。
划重点：
- Cat.X 是用来描述用户终端的能力等级
- Cat.1 是 4G LTE 网络的一个类别，可以称为“低配版”的 4G 终端
- Cat.1 属于蜂窝物联网，是广域网
- Cat.1 通讯速率，上行 5.2Mbps，下行 10.3Mbps
Cat.1 为什么火了
NB-IOT 大张旗鼓推了这么多年，为什么 Cat1 成了最亮的仔？eMTC 又怎么样了？
这得从一张蜂窝物联网金字塔图开始说起：
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在蜂窝物联网应用场景中，只有 10% 的高速业务需求，确有 60% 的超低速业务需求。在高速场景中，LTE Cat.4 以上级别的蜂窝模块可以满足需求；在超低速场景中，2G 蜂窝模块可以满足需求；在中低速场景中，有 2G/3G 蜂窝模块可以满足需求。
如上三种速率的应用场景都有对应的蜂窝模块满足要求，那为什么还需要 NB-IOT、Cat.1、eMTC 来支撑呢？主要有以下几个原因：
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2G/3G 退网的必然
随着2G、3G的退网成为必然选择，基于4G/5G（NB-IoT+4G+5GNR）的物联网技术将担当起开启万物互联的大任。
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5G 的建设，以及更好地利用频带
手机等移动终端最终会迁移到 4G/5G 及以上网络，2G/3G 频带被闲置，4G 频带被 5G 分担，为了更好的利用频谱资源，那么需要将网络接入能力开发给有网络需求的众多物联网设备。
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NB-IOT 无法满足中速率及移动特性需求
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Cat.4 大材小用，成本高
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政策
近日，工信部办公厅发布了 《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》 （以下简称《通知》）也明确表示，以 NB-IoT 与 Cat.1 协同承接 2G/3G 物联连接，提升频谱利用效率。
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物联网特性的需求
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小尺寸
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超低功耗
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成本敏感
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所处网络环境差
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广覆盖和超大规模接入需求
百亿规模的物联网设备。
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Cat.1 优势
- 无缝接入现有 3G/4G 网络
- 拥有跟 Cat.4 相同的毫秒级传输时延，以及支持 100KM/H 以上的移动速度。
由于物联网特性，3GPP 定义了 Cat.NB-1 级别的 NB-IOT 来承载超低速率应用场景的需求，主要是替代 2G 终端。另外，为了满足中低速物联网设备的网络需求，使用 3GPP 定义的 Cat.1 和 Cat.M1（eMTC）来替代 Cat.4 级别的 3G/4G 终端。
2G/3G 退网，已经建设多年的 NB-IOT 又无法满足中低速率场景的网络需求，而且 NB-IOT 又无法满足高速移动场景，所以 Cat.1 很快就火了起来，未来很有可能成为蜂窝物联网的主要通信制式。
NB-IOT、eMTC 啥情况
NB-IOT 和 eMTC 在 3GPP 中的级别定义
3GPP 在 Release12/Release13 中增加了 Cat0、Cat.M1、Cat.NB-1 三个等级。
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Cat.0 放弃了对多天线的支持，简化为半双工，峰值速率降低为 1Mbit/s，终端复杂度降低为普通 LTE 终端的 40%，初步达到了物联网的成本要求；
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Cat.M1 等级的终端信道带宽和射频接收带宽均为 1.4MHz，也就是我们常说的 eMTC（enhanced Machine-Type Communication，增强型机器类型通信）；
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Cat.NB-1 接收带宽仅 180kHz，就是我们的 NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄带物联网）。
Cat.1、Cat.M1（eMTC）和 Cat.NB-1（NB-IoT）全都是用于蜂窝物联网的。其中，NB-IoT的速率最慢（200Kbps），eMTC 次之（1Mbps），Cat.1 最快（也就上行 5Mbps）。
划重点：
- NB-IOT 属于 Cat.NB-1 类别
- eMTC 属于 Cat.M1 类别
- 速率：Cat.1 > eMTC > NB-IOT
为什么 eMTC 没有火
从上文中可以看到 eMTC 和 Cat.1 共同承载中低速率的物联网设备网络需求，但 eMTC 为什么没有火？
上海域格信息技术有限公司市场总监朱凯分析说，eMTC 在国内的发展并不乐观，eMTC 需要基础设施建设，而运营商现在正将更多的资源投入到 5G 建设中，很难有多余的资金投入到 eMTC 建设中，另外国内应用案例有限，可借鉴度不高，开发难度大。
而近日工信部的《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》也没有过多提到 eMTC，估计凉凉。
NB-IOT 还香吗
目前市场上有两种声音：
- Cat.1 挤占 NB-IOT 市场，NB-IOT 应用场景狭窄，资费不能平衡网络运营成本，会淡出市场
- NB-IOT 与 Cat.1 属于互补关系，且 NB-IOT 是未来 5G 非常重要的一个超大规模低速接入的切片
当然，我更认可后者，NB-IOT 在 5G 中扮演着非常重要的角色。5G 三大场景中的海量机器通信（mMTC）、超高可靠低时延通信（uRLLC）均和物联网相关。其中 mMTC 将随着 NB-IoT 技术率先成熟，以及不涉及新空口技术等优势，会作为运营商 5G 优先发展的应用场景。
并且在近日工信部《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》也 明确了建立 NB-IoT/4G(含 Cat.1)/5G 协同发展的移动物联网综合生态体系为总体目标，在深化 4G 网络覆盖、加快 5G 网络建设的基础上，以 NB-IoT 满足大部分低速率场景需求，以 Cat.1 满足中等速率物联需求和话音需求，以 5G 技术满足更高速率、低时延联网需求。
在工信部通知中明确提出 “推动 NB-IoT 标准纳入 ITU IMT-2020 5G 标准”，这无疑给 NB-IoT 技术产业吃了一颗定心丸。不用担心 NB-IoT 只是一个过渡性技术，做 NB-IoT 在 5G 时代将其长期存在。
此次工信部同时为 NB-IOT 和 Cat.1 站台做背书，足以表明 NB-IOT 依旧很香，Cat.1 前途大好。
NB-IOT 主要特点：
- 广覆盖
- 超低功耗
- 低成本
- 大连接
- 低资费
- 支持基站定位
- R14 支持 80KM/H 移动速度
NBIOT 的主要应用场景：
- 智能表计（水表、电表、燃气表）
- 智慧井盖
- 智慧烟感
- 智能环卫（智能垃圾桶）
- 智能门锁
Cat.1 现状
随着紫光展锐、ASR 等芯片厂商发布性价比更高的 Cat.1 芯片之后，Cat.1 模组厂商扎堆发布了自家的模组，使得市场上的 Cat.1 模组价格已经迅速降至 45-60 元，玩家众多，竞争惨烈，基本重走 NB-IOT 的老路 —— 量未起，价已跌。
Cat.1 芯片原厂：
- 高通 MDM9207-1(2016 年发布)
- 紫光展锐春藤 8910DM（28nm工艺，集成蓝牙和WiFi 室内定位）
- 翱捷 ASR3601
Cat.1 模组厂商（不完全统计）：
- 中移物联网
- 移远通信
- 合宙电子
- 移柯通信
- 域格信息
- 广和通
- 芯讯通
- 高新兴物联
- 美格智能
- 有方科技
- 有人信息
- 信位通讯
- 锐骐(厦门)电子
- 深圳信可通讯
Cat.1 优势：
- 相对 NB-IOT，其通信速率优势明显
- 相对 eMTC，其网络成本低
- 相对 Cat.4，其具有一定的成本优势
Cat.1 劣势：
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现阶段芯片厂家少
国外以高通为主，辅以 Sequans、Altair。
国内主要是展锐和翱捷。
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现阶段价格偏高
NB-IoT、Cat.1、Cat.4 模组价格：
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cat1 的主要市场和应用场景：
Cat.1 仍处于商用初期，落地的应用场景和案例还较少，一些明确的场景包括了共享、金融支付、工业控制、车载支付、公网对讲、POS 等等。
总结
工信部办公厅发布了《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》（以下简称《通知》）同时为 NB-IOT 和 Cat.1 站台，未来 NB-IOT 依旧很香，Cat.1 则前途大好。
随着新基建的启动，5G 打头，未来将是 NB-IOT、4G（包括 Cat.1）、5G 共同承载蜂窝物联网的连接，以应对不同层次的物联网业务需求。
参考
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