What is the difference between Cat-M1 and NB-IoT?
 |
来源：EETOP
本文將對蜂窩物聯網的幾個關鍵規範，做一個概述，可以作為一個敲門磚，拋磚引玉。
1. 物聯網通訊和LTE的蜂窩物聯網技術
用在物聯網應用中的技術解決方案非常多，各種各樣的行業、技術標準組織，都在制訂對應的物聯網技術方案，有的在制訂中，有的還在原型測試，有的具有獨立知識產權的技術方案，已經在市場中應用。
表-1-是目前比較流行的物聯網方案的對比表，從中可以看到各種物聯網通訊技術的技術特點。
表-1-是目前比較流行的物聯網方案的對比表，從中可以看到各種物聯網通訊技術的技術特點。
 |
| 表-1- 主流物聯網通訊技術對比表 |
物聯網設備其實主要具備如下6大特點：
(1) 設計簡單： 系統複雜度低能保證IoT設備在惡劣環境下正常工作，
(2) 成本低廉： IoT設備一般都是成本低，量很大，
(3) 大覆蓋範圍： 要保證一些在地下室的儀表、設備的數據能傳輸出去，
(4) 低功耗：大部分應用場景，都需要使用電池功能，而且需要能工作好幾年，
(5) 低速率：比如一些抄表的應用中，一天也只需要傳輸幾十個字節就足夠了，
(6) 海量設備接入：你可以想像一下一個社區裡面的各種儀表和機器的數量是上萬的。
儘管用於物聯網的通訊技術很多，但到目前為止也沒看到哪個技術有一統江湖的趨勢。不過這個局面，可能很快就要被打破了，3GPP終於開始在物聯網方面採取了行動，在LTE增強版中制訂了Release12和Release13的標準，用來應對各種不同機器設備之間的通訊(MTC)和物聯網(IoT)需求。
對於3GPP針對物聯網的技術標準，相關的資訊總是很零碎，所以我在這裡做一次匯總，希望大家能對蜂窩物聯網技術，有個基本的瞭解。
為什麼單純的LTE網路，對於物聯網是不理想的？LTE設計時是為瞭解決一個最主要的需求： 它必須足夠快。儘管該技術可以滿足行動寬頻通訊的需求，但是它無法用在別的一些應用產品中，得到很好的運用，比如穿戴式設備，工業感測器，家用電器等等。
這種設備的特點是尺寸小，電池供電，而且經常會被放在，諸如地下室等網路覆蓋不好，或者甚至無信號的地方。
在大多數情況下，家裡的IoT設備會利用本地局域網，或者一個附近的IoT集中器，將IoT設備的數據通過WiFi、有線、DSL和光纖轉發出去。
但有些情況這種方法不適用，比如，對於地下室安裝的功率計或者工業用的功率計。所以，最好是能使用現成的蜂窩網路作為骨幹網。
這種設備的特點是尺寸小，電池供電，而且經常會被放在，諸如地下室等網路覆蓋不好，或者甚至無信號的地方。
在大多數情況下，家裡的IoT設備會利用本地局域網，或者一個附近的IoT集中器，將IoT設備的數據通過WiFi、有線、DSL和光纖轉發出去。
但有些情況這種方法不適用，比如，對於地下室安裝的功率計或者工業用的功率計。所以，最好是能使用現成的蜂窩網路作為骨幹網。
LTE和物聯網
儘管GSM曾經是，現在仍舊是很多物聯網通訊使用的技術，但是這個技術太陳舊，而且很多網路運行商遲早會關掉它。這樣未來只能在LTE網路中，增加物聯網通訊的特功能。
但是，LTE當初的設計並沒有考慮到，要在一個扇區裡面處理成千上萬的機器設備，或者支持那些只傳輸很少數據的低複雜度的便宜玩意。在過去的幾年，3GPP對LTE技術增加了幾個增強型的標準，一些做了簡化，一些是完全新的，用來實現連接IoT設備，這些新制定的標準能夠滿足如下幾個條件：
但是，LTE當初的設計並沒有考慮到，要在一個扇區裡面處理成千上萬的機器設備，或者支持那些只傳輸很少數據的低複雜度的便宜玩意。在過去的幾年，3GPP對LTE技術增加了幾個增強型的標準，一些做了簡化，一些是完全新的，用來實現連接IoT設備，這些新制定的標準能夠滿足如下幾個條件：
(1) 設備的射頻模組成本很低，低於5美金，
(2) 室內深入覆蓋，以及比現有的LTE更大的覆蓋範圍，
(3) 每個扇區支持最大50,000個設備，這些設備一天只會傳很少的字節，
(4) 超低功耗，對於一天只需要傳幾個字節的設備，電池壽命要最大到10年，
(5) 支持設備在低速率下工作，比如說，最大吞吐量只有幾百K每秒，實現設計簡單和低成本，而且可以極大的提高射頻的靈敏度(實現室內的深度覆蓋)。
很明顯，單獨一種IoT射頻標準，是不能滿足所有的物聯網應用場景的。一些IoT設備想比較頻繁的傳輸數據，比如採用每秒幾百K的速率進行傳輸，儘管這樣會犧牲一些功耗，降低室內的覆蓋範圍。
一些IoT設備可能只需要在一天裡面，傳輸50個字節數據就夠了，但是這些設備可能距離基地台的距離非常遠，或者安裝在一些很深的地下室，以至於10或者20MHz頻寬的LTE網路，是不能覆蓋的。為了滿足這兩種極端情況，3GPP制訂了一些增強型的標準：
一些IoT設備可能只需要在一天裡面，傳輸50個字節數據就夠了，但是這些設備可能距離基地台的距離非常遠，或者安裝在一些很深的地下室，以至於10或者20MHz頻寬的LTE網路，是不能覆蓋的。為了滿足這兩種極端情況，3GPP制訂了一些增強型的標準：
(1) LTE Category 1 這種設備可以速率達到10Mbps
(2) LTE Category 0 這種設備速率可以達到1Mbps
(3) LTE Category M1 這種設備速率可以達到1Mbps，並且在降低功耗方面上做了優化。
(4) LTE Category M2 也被稱為Narrow-Band IoT，這種設備速率只有幾百Kbps，但是在功耗上做了很大的優化，並且可以擴大室內覆蓋範圍。
上面四個類型設備的共同點是，他們都能和現在部署好的LTE網路通訊，只需要對基地台和核心網的軟體進行升級即可。有個很重要的一點就是，基地台可以同時處理傳統的LTE網路、LTE-Advanced行動寬頻網路、以及上述的增強型物聯網網路。簡言之，就是不需要為IoT物聯網通訊，專門設計一個特有網路。
2. LTE Cat-1和Cat-0設備
LTE Cat-1 設備 實際上在3GPP LTE很早期的標準裡，EUTRAN規範(3GPP Release 8)裡面，就包含了一種設備叫Category 1(Cat-1)，這種設備的設計很簡單，並且很省電，它的速率最大只能達到10Mbps。
為了降低複雜度，Cat-1是在2008年唯一種，可以使用單天線的設備類型，也就是說它不支持MIMO(多進多出)。這些都是理論描述，但是在過去的8年時間裡，這種類型的設備不是很受歡迎，以至於在市面上從來沒有見過，這種類型的設備。
為了降低複雜度，Cat-1是在2008年唯一種，可以使用單天線的設備類型，也就是說它不支持MIMO(多進多出)。這些都是理論描述，但是在過去的8年時間裡，這種類型的設備不是很受歡迎，以至於在市面上從來沒有見過，這種類型的設備。
LTE Cat-0 設備 and PSM 又過了很多年，3GPP在Release12中更進了一步，定義了LTE Category 0(Cat-0)設備。該設備的速率被進一步裁剪到1Mbps。採用半雙工機制，儘管是可選特性，但是卻大大降低了成本，複雜度和功耗，原因是用一個天線收發切換開關(switch)，代替了全雙工濾波器，這種機制使得設備不能同時收發。
另外，該標準還定義了省電模式，該模式擴展了LTE規範，增加了一個射頻接口狀態。以前的設備連接模式是這樣的，一種情況是和網路建立一個射頻連接，另一種情況是實際上沒有建立連接，但是可以透過保持它的IP地址，建立一種邏輯上的連接。就算沒有連接，設備仍舊能收到來自基地台發送的尋呼(paging)包，並被喚醒工作。
PSM擴展了這個機制，PSM規定設備可以繼續保持IP地址，並且可以在一個非常長的時間內，都不需要接收paging請求，這個時間最大可以設置成12.1天。在PSM狀態下，設備甚至不需要定期發送Tracking Area Updates。
這樣做的缺點是，當在PSM狀態時，設備是無法通訊的。因為不同的應用需要不同的PSM時間，設備需要設置一個定時器值，用來控制在進入PSM之前，需要保持多長時間可通訊狀態。第二個定時器值，是在LTE Attach Message裡面發送出去的，表示PSM的持續時間。網路可以在Attach Accept Message裡面確認和修改這些值。
PSM擴展了這個機制，PSM規定設備可以繼續保持IP地址，並且可以在一個非常長的時間內，都不需要接收paging請求，這個時間最大可以設置成12.1天。在PSM狀態下，設備甚至不需要定期發送Tracking Area Updates。
這樣做的缺點是，當在PSM狀態時，設備是無法通訊的。因為不同的應用需要不同的PSM時間，設備需要設置一個定時器值，用來控制在進入PSM之前，需要保持多長時間可通訊狀態。第二個定時器值，是在LTE Attach Message裡面發送出去的，表示PSM的持續時間。網路可以在Attach Accept Message裡面確認和修改這些值。
儘管PSM不需要對射頻接口的物理層進行修改，但是需要修改NAS，這樣才能，當有數據來的時候，核心網知道哪些設備是可以通訊的，哪些是不可以的。
Cat-1設備可以工作上現在的所有LTE網路中，但是CAT-0設備只在3GPP 的Release12中規定，所以在網路側需要進行軟體更新，才能支持該標準。
Cat-1設備可以工作上現在的所有LTE網路中，但是CAT-0設備只在3GPP 的Release12中規定，所以在網路側需要進行軟體更新，才能支持該標準。
3. Cat-M1設備
標準LTE設備的20MHz頻寬，是增加LTE產品複雜度和功耗的一個主要原因，所有LTE設備類型的LTE設備，被要求能檢測控制信號頻道，或者在某個信號頻道接收數據，這些信號頻道的頻寬最大能到20MHz這麼寬。對於IoT設備來說，速率是次要的。
LTE Category M1設備 Cat-M1設備，是在3GPP Release 13標準中制訂的，他的最大工作頻寬只有1.4MHz，所能支持的最大速率是1Mbps。這需要對LTE的物理層進行修改，因為標準的LTE控制信號頻道，一般都是工作在標準的LTE信號頻道頻寬(比如說20MHz)。
為了滿足Cat-M1設備的需求，LTE標準新增了幾個控制信號頻道，這些控制信號頻道，對標準LTE設備是不可見的，並且頻寬只有1.4MHz。
要注意的是，LTE總的佔用頻譜寬度仍舊是20MHz，但是CAT-M1設備只佔用其中的1.4MHz頻寬。為了能擴展扇區覆蓋範圍，或者為了進一步改善室內覆蓋，信號資訊和用戶數據，可以重覆傳輸，但是這樣做會增加額外的冗餘。
要注意的是，LTE總的佔用頻譜寬度仍舊是20MHz，但是CAT-M1設備只佔用其中的1.4MHz頻寬。為了能擴展扇區覆蓋範圍，或者為了進一步改善室內覆蓋，信號資訊和用戶數據，可以重覆傳輸，但是這樣做會增加額外的冗餘。
跟CAT-0設備一樣，CAT-M1類型設備一樣也要對網路進行軟體升級。如果不升級，CAT-M1設備甚至不能搜索到網路，因為針對CAT-M1的新的信號頻道，都沒有廣播數據出來。
很多資料提到了CAT-M設備，那麼CAT-M和CAT-M1之間有什麼區別呢？我覺得他們指的是一個東西。有些人的觀點是CAT-M被改名成了CAT-M1，因為3GPP IoT工作組，在Release 13規定中引入了新的窄頻物聯網標準，現在這個標準叫NB-IOT，也叫CAT-M2。
4. NB-IoT/Cat-M2設備
事實上，前面的三種類型設備，只是對現有3GPP LTE標準的細枝末節的修改，NT-IOT工作組致力於提出了一個更加激進的技術方案。
在3GPP內部，針對NO-IOT的技術方案有幾個在學習研究中，在3GPP TR45.820裡面，裡面有500多頁詳細介紹了這些技術方案。在2015年9月，3GPP終於達成了一致， 從中選擇了一種解決方案。關於這個決策的細節，現在歸檔在NB-IOT工作組的描述文檔中，可以參考RP-151620。
可以用在任何地方的超窄頻，物聯網模組的成本要很低，必須低於5美金一塊，速率可以非常低，這樣可以降低功耗，增強室內覆蓋範圍，NB-IoT對於曾經針對行動寬頻應用的LTE技術來說，是一個革命性的突破：NB-IOT的工作頻寬只有180KHz。
這個頻寬，跟行動寬頻LTE的20MHz頻寬來說是太小了，更別用說那些三倍於20MHz頻寬的載波聚合設備，現在的載波聚合設備可以綁定三個下行信號頻道。
不僅如此，NB-IOT信道信號頻道也是用和LTE物理層，一樣的正交頻分複用技術，採用相同的子載波空間，OFDM符號週期，時隙格式，時隙長度和子幀時長，而且還是用相同的LTE的RLC，RRC和MAC協議。
部署靈活，和後向相容 NB-IOT的180KHz頻寬，還有一個很顯著的特點是，它的部署可以有三種不同的方案，如圖-1-所示。一個方案是在LTE頻寬內，部署一個或幾個NB-IOT信號頻道。
第二種方案是使用LTE全信道的保護信道。
第三種方案是直接將一個GSM信號頻道，替換成NB-IOT信號頻道。所有這三種部署都是後向相容的，也就是說那些不具備NB-IOT特性的LTE設備，將不會在LTE主信道中，看到NB-IOT信道，或者在保護頻寬裡面也看不到。
傳統的GSM設備，也不會在GSM的180KHz載波信號裡面，檢測出NB-IoT載波信號。這些設備只會把NB-IoT信號，辨識成噪音。
第二種方案是使用LTE全信道的保護信道。
第三種方案是直接將一個GSM信號頻道，替換成NB-IOT信號頻道。所有這三種部署都是後向相容的，也就是說那些不具備NB-IOT特性的LTE設備，將不會在LTE主信道中，看到NB-IOT信道，或者在保護頻寬裡面也看不到。
傳統的GSM設備，也不會在GSM的180KHz載波信號裡面，檢測出NB-IoT載波信號。這些設備只會把NB-IoT信號，辨識成噪音。
圖-1- NB-IoT的部署方式
海量設備接入和低速率 除了窄頻寬，NB-IOT的新增信號頻道，和訪問管理流程，都被設計成可以支持在一個扇區內連接50,000個設備，是的，是一個扇區，所以你可以想像，每個設備每天能夠傳輸的數據是很低的。
根據高通的說法，NB-IoT的設備可以實現，下行500Kbps和上行40Kbps的速率，前提是信號品質好。
這只是理論值，實際上，由於很多設備佔用一個信號頻道，所以攤到每個設備的速率就更低了，並且NB-IoT的設計中，專門考慮到了信號強度很低的情況下也能工作，這也不得不犧牲速率來實現。
愛立信的一片論文提出過一個有趣的計算，當信號強度很低的時候，傳輸一個小UDP包需要最大7秒的時間，在這種情況下，每次數據交互，(比如基地台訪問，頻寬分配，用戶數據傳輸和確認)，都需要重復好多次。
愛立信的一片論文提出過一個有趣的計算，當信號強度很低的時候，傳輸一個小UDP包需要最大7秒的時間，在這種情況下，每次數據交互，(比如基地台訪問，頻寬分配，用戶數據傳輸和確認)，都需要重復好多次。
載波的用法 在下行傳輸時，信號頻道使用OFDM調制，整合了幾個15KHz間隔的子載波，也叫作「tones」。在上行傳輸時，行動設備可以使用標準的15KHz載頻，間隔子載波傳輸，或者也可以採用3.75KHz載頻間隔，結合在LTE裡面使用的SC-FDMA調制。
什麼時候採用3.75KHz載頻間隔呢，當終端設備可以接收到來自基地台的數據，但是由於設備的小天線、低發射功率、或者是環境導致信號條件惡化等情況時，往往無法讓基地台，接收到終端發出的數據。
透過使用3.75KHz載頻間隔，可以讓終端設備的發射功率，更加集中在更窄的頻寬內，這樣可以改善線路預算，提供基地台收到數據的成功率。一些信號很低的場景，我們叫做「極端覆蓋」，NB-IoT可以工作比GSM臨界工作環境，再惡化20dB的環境。
對於那些更關注功耗的終端設備，NB-IoT定義了Class5設備，限制了最大發射功率為20dBm(0.1瓦)。另外，可以根據現場射頻環境和速率要求，設備可以在單載波或者3、6個多載波上，進行通訊。
根據我們前面描述、我們會發現傳統的LTE基地台，不會被用作NB-IOT。儘管一些基本概念(類似隨機訪問、分派傳輸機會)是一樣的，但是NB-IoT的信號頻道包格式，和信號頻部署都是全新的。
根據我們前面描述、我們會發現傳統的LTE基地台，不會被用作NB-IOT。儘管一些基本概念(類似隨機訪問、分派傳輸機會)是一樣的，但是NB-IoT的信號頻道包格式，和信號頻部署都是全新的。
射頻安全性和後向相容 從射頻安全性的角度看，NB-IoT完全採用了LTE的認證、加密機制，這些機制依靠SIM卡。小的終端設備會採用嵌入式SIM卡，它的作用跟普通的SIM卡一樣，但是尺寸更小，並且可以直接焊在電路板上。
NB-IoT無法和LTE、GSM、UMTS後向相容，所以NB-IoT設備只能和支持NB-IoT協議的設備通訊。在實際應用中，終端設備可以透過增加必要的電路，來支持上面提到的所有標準，但是重選擇和切換是不支持的。
總結 跟3GPP以前制訂的那些物聯網通訊協議比較，NB-IoT是目前為止最全面，也最接近實施的一個標準。NB-IoT主要在功耗、成本和低速率上做了優化，他為硬體製造商，在未來兩年提供解決方案，也可以讓很多機器設備增加通訊的功能，而且還不需要再額外增加，本地集中器之類的東西了。表-2-是前面討論的幾個技術的參數對比。
表-2- 蜂窩物聯網幾個主流技術的技術對比
目前本章中沒提到，但是也是很重要的一點是，NB-IoT的射頻協議棧的上層，也支持IP協議。由於NB-IoT定義的速率很低、還有我們前面的一個論文裡，提到傳輸一個IP包，可能需要7s的時間，所以TCP傳輸不能適用於大部分的NB-IoT應用場景，UDP有可能會在IoT領域裡廣泛採用。
但是IP還是很重要的，IoT設備可以不需要透過某些中間設備，而直接連入Internet。很多用戶和我一樣，希望有種智慧設備，他可以直接進行通訊，而不是需要在終端設備和Internet之間，還要有一個設備用來翻譯，更高層的協議棧內容。
但是IP還是很重要的，IoT設備可以不需要透過某些中間設備，而直接連入Internet。很多用戶和我一樣，希望有種智慧設備，他可以直接進行通訊，而不是需要在終端設備和Internet之間，還要有一個設備用來翻譯，更高層的協議棧內容。
從上文我們可以看出，CAT-M1和NB-IoT將會是目前蜂窩物聯網應用的主宰，但是這兩種究竟用哪個，還無法確定，所以目前最好的方式，是支持這兩種的雙模方式，高通已經推出了相應的雙模晶片MDM9206，以下文章為高通對於雙模所做的最新技術分享
多模晶片趨勢：萬物互聯觸手可及
沈磊，高通產品市場高級總監
物聯網是個很大的詞，還有一種說法叫萬物互聯，涵蓋面之廣，場景之複雜，是沒有辦法只透過一個技術、一個網路、一個系統，來提供所有的服務的。
萬物互聯是非常多樣化的，提供的技術也是非常靈活的，這就需要根據實際的情況，配置所需的通信和計算能力。面對寬泛多樣的物聯網，我們簡單列了幾種連接技術。
例如藍牙、NFC、ZigBee等短距離的連接技術；在家庭、辦公室、機場、咖啡廳，使用有增強型的藍牙或ZigBee、Wi-Fi等局域網連接。
當然Wi-Fi也有各個等級，數據率、覆蓋範圍，可以使用802.11ac、802.11a/b/g/n、802.11ax、1x1、2x2，最高級可以使用802.11ad，Wi-Fi可以在局域網有一個很好的覆蓋;還有廣域網的連接，例如要把智慧城市，所有路燈、停車場、能源管道都連接起來，就需要一個廣域網，這就需要蜂窩網絡技術，也就是大家最熟悉的2G、3G、4G、未來的5G技術，它是廣域覆蓋、全球範圍內最成熟、部署最廣泛的技術。
萬物互聯是非常多樣化的，提供的技術也是非常靈活的，這就需要根據實際的情況，配置所需的通信和計算能力。面對寬泛多樣的物聯網，我們簡單列了幾種連接技術。
例如藍牙、NFC、ZigBee等短距離的連接技術；在家庭、辦公室、機場、咖啡廳，使用有增強型的藍牙或ZigBee、Wi-Fi等局域網連接。
 |
| What is the difference between WLAN 802.11 b/g/n and 802.11ac? Which ... |
蜂窩技術還有一些應用，比如說透過無線傳輸電表數據，打包發送到電力公司，以及很多其他的技術，包括有線、無線的，高通這些年累積的，都會在未來物聯網領域發揮很大的作用，如何把這些技術，有機地整合在一起非常重要。
剛才提到很多是蜂窩和非授權的技術，非授權的技術包括像Zigbee、藍牙、Wi-Fi等。而專門針對物聯網催生的技術，包括像Sigfox和像LoRa等900MHz頻段的私有的、非授權的技術。
剛才提到很多是蜂窩和非授權的技術，非授權的技術包括像Zigbee、藍牙、Wi-Fi等。而專門針對物聯網催生的技術，包括像Sigfox和像LoRa等900MHz頻段的私有的、非授權的技術。
物聯網需要連接，蜂窩技術是主流
那麼在蜂窩和非蜂窩的通訊技術之間，怎麼選擇？哪一個是未來的方向？?非常自信地講，蜂窩通訊技術是未來物聯網連接支撐技術裡，絕對的主流方向。蜂窩通訊技術從2G、3G、4G到現在30多年發展下來，它的覆蓋無處不在，它不需要重新部署，大家走到任何一個地方，你的手機基本都有信號。
第二，它是授權頻譜，是電信商花費了很大精力慎重部署的，在連接性、安全、品質方面都有充分的保證。此外，說到安全，透過這些年的發展，蜂窩技術從核心網，到接收網到手機，整個鏈路上已經有多層的加密機制，做了大量的安全累積。
最後，相當重要的一點，這個行業生態系統的從業者非常多，在網路側有全球主流的基礎設施廠商，終端側有眾多的手機廠商，在晶片側有高通等很多從業者，大家從標準的制訂，到技術的發展和驗證，到產品的研發和上市，以及整個網路、整個手機的優化和完善，一直在做這方面的工作。
世界上最大的一個產業鏈，花了長時間不斷地累積和完善，讓蜂窩技術成為最為可靠、最為完善、最為可用的技術。
第二，它是授權頻譜，是電信商花費了很大精力慎重部署的，在連接性、安全、品質方面都有充分的保證。此外，說到安全，透過這些年的發展，蜂窩技術從核心網，到接收網到手機，整個鏈路上已經有多層的加密機制，做了大量的安全累積。
最後，相當重要的一點，這個行業生態系統的從業者非常多，在網路側有全球主流的基礎設施廠商，終端側有眾多的手機廠商，在晶片側有高通等很多從業者，大家從標準的制訂，到技術的發展和驗證，到產品的研發和上市，以及整個網路、整個手機的優化和完善，一直在做這方面的工作。
世界上最大的一個產業鏈，花了長時間不斷地累積和完善，讓蜂窩技術成為最為可靠、最為完善、最為可用的技術。
蜂窩技術從2G的GSM、GPRS、EDGE到3G的WCDMA、EV-DO發展到4G LTE、4G+、載波聚合等，這東西是不是可以直接用到物聯網上？其實不是的。
因為這些東西都是針對人與人的通信，針對手機設計的，但是物聯網提出的要求，和手機是有比較大的區別的。所以在2016年6月，全球標準化組織3GPP組織，在比較短時間裡面，制訂了兩個新的蜂窩技術標準，還是屬於4G無線通訊，或者LTE的範疇。這兩個技術，根據3GPP組織的名稱，一個叫Cat-M1 (也叫eMTC)，另一個叫Cat-NB1 (也叫NB-IoT) 。
有了這兩個行業標準之後，後面做基地台、做晶片、做應用服務的，大家都會跟進。
Cat-M1和Cat-NB1技術相輔相成，完善產業鏈和應用服務
和一路往上走的Cat.6、Cat.12、Cat.16、Cat.18相反，這兩個技術往下走，主要任務是降低系統複雜度，和降低系統成本、提高系統的續航時間；去掉不需要的高數據率、高行動性、超強傳輸能力，根據物聯網的要求度身訂制，達到提升電池壽命、降低成本、提升小區內部署總量的要求，實現其他的益處。
那這兩種技術是如何實現，4G調制解調器的海量部署、規模經濟和超長生命週期的呢？主要方法是降低複雜度。
首先，就要放棄掉原來LTE對數據速率的追求，絕大部分物聯網的應用，並不需要超高的數據率。絕大部分物聯網應用，在1Mbps或者幾百kbps、幾十kbps就夠用了。另外一個複雜度的降低來自於頻寬。
大家知道一個LTE載波是20MHz，而到物聯網頻寬，有了明顯的下降：Cat-M1只需要1.4MHz系統就夠了，Cat-NB1需要200KHz，所需頻寬非常窄，部署起來也比較容易。所以方法其實非常靈活。
Cat-M1和Cat-NB1可以支持半雙工，先下行或者上行，不會並行收發。在部署的模式上，Cat-M1在FDD或者TDD都可以部署，Cat-NB1到現在為止只能部署FDD。
半雙工、雙工也主要為了降低系統的成本，和晶片複雜程度，從濾波器方面，可以大幅度降低成本。
半雙工、雙工也主要為了降低系統的成本，和晶片複雜程度，從濾波器方面，可以大幅度降低成本。
還有一個降低系統複雜度的關鍵因素，就是行動性。NB-IoT沒有行動性，那我只能站在固定的點上傳數據，在有服務的小區才可以工作；而Cat-M1則有比較充足的行動性，能保證從一個蜂窩，走到另外一個蜂窩的時候，經歷了跨基地台切換，也有一套機制保證傳輸的數據不會被切斷，到了其他的社區也一切如常，這就是行動性。
另外還有一點是語音，VoLTE就是LTE語音。為了降低成本和複雜程度，Cat-NB1完全沒有任何語音，而Cat-M1還保留了VoLTE。這個也很重要，在一些異常情況發生時，你第一個想法一是打電話求助，到最關鍵的時候，還是需要語音傳輸。
還有一點就是部署的密度，就是一個社區裡面能放多少節點、模塊。原來手機是幾百、上千的數量級，但在LTE物聯網的應用中，一個社區裡面，基本是上千上萬或者更多的海量部署。
另外要提一下穿透性，這兩種技術相比原來傳統LTE，穿透性明顯提高。比如停車位的智慧模組，既要傳數據，還要有傳感器，而這個設計可能需要放在，地下三層的停車位的水泥地以下，所需要的穿牆的能力，和手機相比也有明顯提高。
此外，和LTE比，Cat-M1、Cat-NB1另外的增強點，就是充一次電能撐得更久。Cat-M1和Cat-NB1要求充一次電用到五到十年、或者十年以上。第一是因為它們是海量部署，第二是因為這些模組要嵌入到牆裡面、地板下面、機器裡面，成本都很高，要整修就要耗費巨大的成本。
還有一個重要的考慮點，有沒有軟體升級能力。Cat-NB1下行只有20kbps，大概就是15年前、20年前撥號上網的速度。這個東西要裝到牆裡後，電信商的思路改變了，要進行軟體升級，對時間和經費都是巨大的損耗。
而Cat-M1的速率是兆級(1Mbps)，可以用幾分鐘或者半個小時的時間升級固件，所以Cat-M1在升級維護上，有明顯的優勢。
而Cat-M1的速率是兆級(1Mbps)，可以用幾分鐘或者半個小時的時間升級固件，所以Cat-M1在升級維護上，有明顯的優勢。
很多不同電信商投入Cat-NB1和Cat-M1，基本上全球的營運，都處於同時測試、認證這兩個標準的狀態。現在市場還沒有真正發展起來，還處於嘗試商業模式的階段，服務也沒被創造出來。另外，這兩個技術非常新，它的能力還需要在未來各種應用服務中驗證。
同時每個電信商的頻段模式，還有不同的要求，部署這兩個標準對電信商而言也是巨大的投入，電信商要先充分測試。目前，全球的主流電信商已經確認會部署Cat-M1，基本可以看到北美、歐洲、日本、澳大利亞都在部署。中國的電信商也在進行Cat-M1測試，和Cat-NB1是並行的。
Cat-NB1基本上是把LTE的能力壓縮到極致了，它追求的是最低的成本，最長的續航時間，主要是低成本，它沒有行動性、沒有語音、數據率非常低，它比較適合對成本很敏感、海量的數據、但是單個能力要求比較弱的應用。
大家會聯想到各種表計類、環境監控、簡單的停車控制、建築物裡面簡單的大門開關等，比較簡單的用例。如果需要更智慧、需要傳輸數據、人員參與、語音、行動性的應用場景，Cat-NB1就力不從心了。
未來物聯網必選：多模多頻
說到Cat-M1和Cat-NB1這兩個模式能力有重疊，但很多時候也是錯開、互補的，未來應用各不相同。最好的辦法是把兩種模式，都放在一起，會帶來非常多的益處。
圖上深紅色代表的是Cat-M1技術，它強調的是行動性和較高的數據速率，但其在網路覆蓋和功耗上遜於Cat-NB1。而圖上淺色區域代表的是Cat-NB1技術，該技術在網路覆蓋、功耗、部署靈活性，以及成本優化方面，相較Cat-M1表現更好。
Cat-M1和Cat-NB1兩種技術，優勢有所不同，因此客戶在選擇應用服務或者網路部署時，只能根據相關技術優勢進行選擇，但要非常精準預測未來3年、5年或15年之後，所部署的服務和採用的技術，是很難做到的。
Cat-M1和Cat-NB1兩種技術，優勢有所不同，因此客戶在選擇應用服務或者網路部署時，只能根據相關技術優勢進行選擇，但要非常精準預測未來3年、5年或15年之後，所部署的服務和採用的技術，是很難做到的。
但是，如果無論未來相關的條件發生什麼變化，模組總能夠很容易滿足各類需求和調整，並可以透過升級軟體應對相關調整，那說的就是雙模模組的原理。
如果將Cat-M1和Cat-NB1整合於一個模組中，兩個技術擁有的優勢在雙模中仍然存在，優勢重疊。從總體成本來考慮，擁有靈活的實用性，可以降低重複部署、動工和升級相關佔比較大的成本。
如果將Cat-M1和Cat-NB1整合於一個模組中，兩個技術擁有的優勢在雙模中仍然存在，優勢重疊。從總體成本來考慮，擁有靈活的實用性，可以降低重複部署、動工和升級相關佔比較大的成本。
而在雙模的基礎上，還有全球雙模技術，意味著這兩個模式，也能夠部署在4G LTE的頻段上。目前已知的主流頻段大約有15-16個，但其實可能有超過30個潛在頻段，要對其進行部署。
如果有一個模組，同時擁有這兩種技術並支持所有頻段，那麼該模組可以在全球任何應用場景部署。無論未來的網路制式或頻段如何調整，該模組仍然可以工作。
透過安裝一次，可以獲得十年的工作生命週期，就能抵消任何不確定性，和相關網路調整的可能性。
如果有一個模組，同時擁有這兩種技術並支持所有頻段，那麼該模組可以在全球任何應用場景部署。無論未來的網路制式或頻段如何調整，該模組仍然可以工作。
透過安裝一次，可以獲得十年的工作生命週期，就能抵消任何不確定性，和相關網路調整的可能性。
而高通則一直致力促成全球多模、多頻的模組設計。目前已經可以為客戶提供的模組也是多模、多頻的全球模塊，這個概念受到了廣大晶片廠商和系統廠商的歡迎。
這是因為電信商需要重大的投入，並非常依靠物聯網業務，那麼電信商可以利用雙模多頻的模組，透過時間充分去驗證這兩個技術，並進行各種實驗，從而推測哪個生意模式能夠成功。
高通在晶片和模組，致力於透過一個模組支持所有的模式，支持Cat-M1和Cat-NB1。透過一個可隨時的升級的軟體，以及一套支持所有已知的中頻和低頻頻段的射頻，這三樣關鍵技術，保障未來。
高通剛剛推出的為Cat-M1和Cat-NB1，客製化的多模多頻的晶片稱為MDM9206，其優勢在於，首先它支持該Cat-M1和Cat-NB1兩種模式，高通在3GPP標準中是一個積極的貢獻者。
無論對於技術的驗證，還是對於晶片的開發，高通均位於行業的前列。該晶片支持Cat-M1、Cat-NB1的全球所有頻段。除此之外，得益於高通在定位系統的出色表現，MDM9206還整合了GPS、格納洛斯、中國北斗，以及伽利略全球導航衛星定位服務，並且不需要透過任何附加的晶片或者接收器，而是直接嵌入到該晶片中，並且與高通的4G功能充分整合。
試想一下未來的共享單車、車聯網或者是追蹤器，主要針對具有移動性的使用場景，可以透過其定位功能，馬上展現不一樣的能力。
無論對於技術的驗證，還是對於晶片的開發，高通均位於行業的前列。該晶片支持Cat-M1、Cat-NB1的全球所有頻段。除此之外，得益於高通在定位系統的出色表現，MDM9206還整合了GPS、格納洛斯、中國北斗，以及伽利略全球導航衛星定位服務，並且不需要透過任何附加的晶片或者接收器，而是直接嵌入到該晶片中，並且與高通的4G功能充分整合。
試想一下未來的共享單車、車聯網或者是追蹤器，主要針對具有移動性的使用場景，可以透過其定位功能，馬上展現不一樣的能力。
該模組一定要和傳感器結合在一起，而傳感器要放在一個系統控制器上，從而處理讀取的各種數據，並將處理過後的再透過調制解調器發到雲端，並透過雲端在發給用戶各類應用。因此高通認為，可以將處理器整合在模組裡，無需再外掛處理器。
所以高通同時在MDM9206中，整合了Cortex A7處理器。此外，該模組還支持Linux操作系統和Thread操作系統。MDM9206擁有處理器、操作系統以及很多硬體的接口，還擁有掛靠傳感器的接口。
因此MDM9206不僅是通信晶片，也是一個系統控制器。用戶可以發出命令，收起窗簾，操作噴水，也可以打開LED燈，這些都可以透過MDM9206實現。所以它可以被視作為一個小型SoC，具備計算的能力。
此外，MDM9206還支持語音功能，這兩種技術裡面都具備省電模式和eDRX，這些技術均來自LTE演進，並進行了了調整。高通在LTE網路領域耕耘了很久，我們對這些技術非常熟知。而高通在VoLTE、4G語音，以及省電模式上的技術，也都是行業領先的。
高通和所有的網路設備電信商，以及全球電信商做了大量的研討，針對4G技術都做了常年的優化和測試，其表現非常穩定、成熟和高效。
高通和所有的網路設備電信商，以及全球電信商做了大量的研討，針對4G技術都做了常年的優化和測試，其表現非常穩定、成熟和高效。
在調制解調器之外，高通為支持模組，也做了大量的整合，因此MDM9206還是比較受歡迎的。高通不久之前和網路設備供應商愛立信，以及北美電信商AT＆T基於Cat-M1，進行了語音的測試，獲得了很好的測試效果。
此外，高通還和合作夥伴密切合作，進行了一系列基於該晶片的認證工作。高通和中國移動、愛立信在去年年底進行了Cat-M1的試驗。高通也和中國移動簽署了策略諒解備忘錄，和中國聯通，以及愛立信也完成了Cat-M1的測試，和華為共同宣佈首次打通TDD eMTC標準空口 First Call，因為華為也有Cat-M1 TDD模式空口的試驗，雙方合作取得了好的結果。
MDM9206晶片具有多模多頻，並整合了CPU和定位技術，在主流電信商中其採用度非常高，絕大部分客戶是模組OEM廠商。目前主流做模組OEM廠商，基本都在用MDM9206晶片開發模塊。
另外，物聯網產業鏈和手機產業鏈不太一樣，物聯網的產業鏈要長的多，有的企業做晶片，進而賣給模組廠商，做各種各樣的模組。模組廠商做個次級廠商，並在機器上整合傳感器，次級廠商再將產品賣到各類產品中，在硬體上需要一層層完成。
而產品上還要累積六到七層不同的軟體，有操作系統、安全軟體、產品管理等等，最後達到完善的服務，因此軟體硬體都是很長的產業鏈。
總體而言，高通的直接客戶模組OEM廠商，基本上對於MDM9206採用度非常高，該晶片應該是全球採用度最高的物聯網晶片之一。
5G也是一個熱點，大概在2019年到2020年開始起步。高通對5G三個大的願景：
第一是增強型的寬頻，通訊數據率將再上一個台階，現在速率能達到千兆級1Gbps，5G要達到10Gbps，其速率非常快。
第二要做關鍵業務型服務，在將來可以執行非常複雜的任務，例如無人駕駛、醫療以及救援等工作，這對即時度和可靠性要求極高。
第三個方向是海量物聯網，其裝機數量、能力和可靠度主要是體現在物聯網中。
5G的第三個願景，要在物聯網領域比4G Cat-M1和Cat-NB1再上一個台階，還在做規格和技術方面的探討，但願景是清楚的，5G比4G這兩個標準要再上一個台階。
4G通過後面三到四年，Cat-M1和Cat-NB1兩個標準通過行業的培育，大家會看到非常蓬勃的、改變生活的行業應用服務，都成長起來。因此對於未來5G來說，4G Cat-M1和Cat-NB1成引導作用。
4G通過後面三到四年，Cat-M1和Cat-NB1兩個標準通過行業的培育，大家會看到非常蓬勃的、改變生活的行業應用服務，都成長起來。因此對於未來5G來說，4G Cat-M1和Cat-NB1成引導作用。
簡單總結一下，物聯網一定會有重大發展，物聯網需要連接，因為沒有連接這麼大的網路無法運轉。而連接性基於蜂窩技術即4G或者LTE IoT，一定是最主流的技術。其中包括Cat-M1和Cat-NB1，這兩個技術相輔相成，並且有一定的重疊和交錯，同時也有不同的用戶，但是兩種技術在以後同時被應用，在很大程度上，完善整個產業鏈和各種應用服務是可預見的。
針對未來的不確定性，最好的辦法節是採納多模多頻的方式，高通擁有MDM9206晶片，目前已支持Cat-M1模式，而2017年中對所有模式(Cat-M1/NB1/E-GPRS)的支持、頻段的支持及性能，都會達到商業交付的水平，是比較具有競爭力的產品。
 |
| 歡迎加入 Wells Shih Facebook |
沒有留言:
張貼留言