奋斗了四年的 NB-IOT 怎么让 Cat.1 成了最靓的仔?

创建时间:2020-05-29
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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?

 

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:

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:

在蜂窝物联网应用场景中,只有 10% 的高速业务需求,却有 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:

  • 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。

  • 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。

  • NB-IOT 无法满足中速率及移动特性需求

  • Cat.4 大材小用,成本高

  • 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

  • 物联网特性的需求

    • 小尺寸

    • 超低功耗

    • 成本敏感

    • 所处网络环境差

    • 广覆盖和超大规模接入需求

      百亿规模的物联网设备。

  • 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。

  • 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;

  • 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);

  • 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:

  • 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。

  • 现阶段价格偏高

    NB-IoT、Cat.1、Cat.4 模组价格:

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

  • UE Category 速率 

        https://www.3gpp.org/DynaReport/36306.htm

  • 3GPP Release

        https://www.3gpp.org/ftp/Information/WORK_PLAN/Description_Releases/

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