新基建时代中速率无线物联网通信技术-Cat.1

微言创新 · 公众号 · · 2020-11-02 17:58

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编者按

今年工信部发布的《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》中，明确提出关于建立移动物联网相关要求，推动2G/3G物联网业务迁移转网，建立窄带物联网、4G和5G协同发展的移动物联网综合生态体系。本文将为大家介绍其中的中速率无线通信技术Cat.1。

以5G通信网络为代表的信息基础设施建设是“新基建”国家战略发展的关键组成部分，受到业界的普遍关注。在蜂窝连接的市场分布中，高速连接占据10%的份额，中速率连接30%，低速率占比60%。国家战略上着力深化4G网络覆盖、加快5G网络建设，在建设多层级广覆盖的无线信息网络中，不同速率级别的物联网通信技术部署尤为重要，未来将以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。

一、重新认识Cat.1

Cat.1的全称是LTE UE-Ca te gory 1（UE是指User Equipment），是对于LTE网络下用户终端设备的无线性能的一种分类。根据3GPP的定义，UE Category是一系列的在上行/下行中可变的无线性能参数的集合，包含了很多的无线特性，其中最重要的一个就是用户设备支持的速率，它已被划分为1-15共15个等级，其中，Cat.1-5由2009年3月3GPP发布Release 8版本定义。各种“UE Category”和支持速率的对应关系如表1所示。

表1. UE Category分类速率

UE Category	最大下行速率（Mbps)	最大上行速率（Mbps)
Category1	10	5
Category2	50	25
Category3	100	50
Category4	150	50
Category5	300	75
Category6	300	50
Category7	300	150
Category8	1200	600
...	...	...

从表1可看出，Cat.1是4G LTE网络中最低版参数配置的用户终端等级，此外， Cat.1的技术特点还包括：所需总带宽20MHz，电力需求低，全双工模式，23dBm发射功率等级，拥有跟Cat.4相同的毫秒级传输时延，支持100KM/H以上的移动速度等。

二、Cat.1基础网络状态

由于Cat.1隶属于4G系列，完全可以直接复用4G LTE网络资源。2019年底全国4G LTE基站总数近567万个，其中中国移动280万、中国电信152万、中国联通135万。虽然2019年也被称为5G商用元年，但同年新建4G LTE基站超过91万个，占4G LTE基站总数近16%，建设力度远超往年，这为Cat.1的发展创造了良好的条件。特别是中国移动在全国拥有280万个4G基站，覆盖98%的区域，包括广大的农村区域，服务超过7亿用户。三大运营商都提出了5G+4G协同发展，4G网络作为主要的业务承载网将进行持续不断的优化，打造4G精品网络。因此，发展Cat.1网络及相关产业，对于补齐物联网主要场景需求很有意义，Cat.1将有望承接蜂窝中速率占比达30%的庞大市场。

三、Cat.1优势及物联网应用场景

1、Cat.1具备的成本优势

Cat.1除了自身技术特征适应移动物联网终端通信，还具备一定的成本优势，主要表现在三方面：

（1）网络建设成本方面，Cat.1可以无缝接入现有4G LTE网络当中，无需针对基站进行软硬件升级，网络覆盖成本低；

（2）芯片成本方面，经过系统优化后，模组的硬件架构更简单，集成度更高，外围硬件成本更低；

（3）模组成本方面，模组的硬件架构简单，外围硬件成本更低，市场玩家众多、竞争激烈，模组价格不断被拉低。

图1. Cat.1模组应用场景

Cat.1主要覆盖中低速和语音需求的市场，涉及公网对讲、新零售、金融支付、两/四轮充电桩、电力、光伏/储能、资产追踪、共享类硬件等12类市场。在某些原来由Cat.4负责的应用未来将会迁移至Cat.1，例如玩具机器人、玩具对讲机等传统采用4G Cat.4做语音交互的场景等。此外，在面向智能家居、智慧农业、工业制造、能源表计、消防烟感、物流跟踪、金融支付等重点领域也有不错的市场应用需求。

2、Cat.1产业链上游主要玩家

Cat.1产业链上游主要是芯片及模组，其中技术核芯在于芯片，相关的主要厂商如下：

芯片厂商：目前Cat.1芯片供应商主要有高通、紫光展锐、翱捷科技ASR三家。高通的芯片型号为MDM9207-1，这是高通在2016年发布的一款专门针对IOT物联网应用的芯片，支持LTE Cat.1，最大下载速度10Mbps。紫光展锐春藤8910DM，是全球首款Cat.1bis物联网芯片平台，支持Cat.1bis和GSM双模，终端产品已经实现量产，已经在全球45个国家和157家运营商实现了规模场测和认证。翱捷科技（ASR）推出了ASR3601型号,具备多制式、高性能、低功耗、集成语音/视频/拍照等多媒体功能。

图2. 紫光展锐春藤8910DMCat.1bis物联网芯片

模组厂商：与Cat.1芯片厂商数量较少不同，中移物联、移远、日海智能、广和通、有方、域格等十多家模组厂商推出Cat.1模组。其中紫光展锐已经与包括中移物联、广和通、有方、合宙等厂商展开合作，翱捷科技也与移远通信、日海智能、域格等多家厂商展开合作。

图3. 移远EC200S-CN Cat.1模组

（责任编辑：张冬梅）

作者简介

陈志辉，博士，上海产业技术研究院综合管理部技术交流合作主管。