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2020年是5G商用元年。但是，如果我們?cè)?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%89%A9%E8%81%94%E7%BD%91/">物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)內(nèi)搞一場(chǎng)“2020年最熱門(mén)通信技術(shù)”的評(píng)選，5G很可能無(wú)法獨(dú)占冠軍。
因?yàn)?，有一匹黑馬，在這一年迅速崛起，吸引了整個(gè)行業(yè)的關(guān)注，也成為大眾熱議的話(huà)題。
沒(méi)錯(cuò)，這匹黑馬，就是今天這篇文章的主角——LTE Cat.1。
根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年全球LTE Cat.1新增連接數(shù)為1500萬(wàn)個(gè)。乍一看并不是很多，但它的增長(zhǎng)速度極快。行業(yè)資訊機(jī)構(gòu)TSR預(yù)測(cè)，未來(lái)幾年LTE Cat.1模組會(huì)保持3000萬(wàn)臺(tái)以上的年均出貨量。更有專(zhuān)家大膽預(yù)測(cè)，今年（2021年）就能達(dá)到5000萬(wàn)。
LTE Cat.1為什么會(huì)迅速躥紅？它和其它蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相比，有哪些優(yōu)勢(shì)？我們現(xiàn)在常說(shuō)的Cat.1和Cat.1bis，又有什么區(qū)別？
別急，讓我們從頭開(kāi)始說(shuō)起。
LTE Cat.1的發(fā)展歷程
2009年3月，標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP發(fā)布了Release 8 版本，正式把LTE推到了世人面前。
當(dāng)時(shí)，3GPP一共定義了5個(gè)終端類(lèi)別，分別是LTE Cat.1、Cat.2、Cat.3、Cat.4、Cat.5。所謂的Cat，是英文單詞“Category”的縮寫(xiě)，意思是“類(lèi)別、種類(lèi)”。
之所以要搞出這么多UE Category（終端類(lèi)別），是因?yàn)?GPP非常看好物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的發(fā)展前景，希望設(shè)計(jì)出不同速率等級(jí)的終端類(lèi)型，滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)不同落地場(chǎng)景的需求。
從上圖可以看出，LTE Cat.1的上行速率只有大約5Mbps，專(zhuān)門(mén)面向?qū)λ俾室蟛桓叩奈锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用。
LTE Cat.1推出之后，并沒(méi)有獲得太多關(guān)注。當(dāng)時(shí)，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的使用場(chǎng)景還不多，用戶(hù)比較陌生，市場(chǎng)也沒(méi)有打開(kāi)。
幾年后，隨著LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋迅速形成規(guī)模，廠(chǎng)商們開(kāi)始重新將視線(xiàn)放到了LTE Cat.1的身上。
剛開(kāi)始的時(shí)候，有手機(jī)終端廠(chǎng)商針對(duì)LTE Cat.1“簡(jiǎn)配”、低成本的特點(diǎn)，將其用于4G老人智能機(jī)。后來(lái)，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景快速增加，LTE Cat.1迎來(lái)了機(jī)會(huì)。
2015年4月，第一代智能手表產(chǎn)品正式發(fā)售，拉開(kāi)了價(jià)值千億的可穿戴電子產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)帷幕。
在激烈的市場(chǎng)爭(zhēng)奪過(guò)程中，可穿戴設(shè)備廠(chǎng)商發(fā)現(xiàn)，LTE Cat.1并沒(méi)有辦法用于可穿戴設(shè)備。原因在于，Cat.1和傳統(tǒng)LTE終端一樣，設(shè)計(jì)有兩根天線(xiàn)。而可穿戴設(shè)備對(duì)體積要求很高，必須小而又小，所以無(wú)法接受雙天線(xiàn)。即便是強(qiáng)行塞入，分集接收效果也會(huì)大打折扣。
當(dāng)時(shí)，官方具備1Rx（單接收天線(xiàn)）接收規(guī)格的終端能力等級(jí)，只有Cat.0/Cat.M1/Cat.NB1。但是，這些技術(shù)最高只能實(shí)現(xiàn)1Mbps的極限吞吐速率，無(wú)法滿(mǎn)足可穿戴場(chǎng)景的用戶(hù)體驗(yàn)。
于是，設(shè)計(jì)一種新的適用于可穿戴品類(lèi)的單天線(xiàn)終端能力等級(jí)，就被提上了議事日程。
2016年6月至2017年3月，3GPP RAN#73~#75標(biāo)準(zhǔn)全會(huì)就該單天線(xiàn)終端能力新等級(jí)做了討論與定義。最終，在2017年3月9日，3GPP Release 13 LTE Cat.1bis核心部分正式凍結(jié)，LTE Cat.1bis誕生。
除了天線(xiàn)數(shù)量之外，LTE Cat.1bis和LTE Cat.1并無(wú)太大區(qū)別，兩者都是上行速率5Mbps，下行10Mbps，鏈路預(yù)算基本一致。
這個(gè)“bis”，在英文里有“重復(fù)、兩次、再來(lái)一次”的意思。
LTE Cat.1bis，既能滿(mǎn)足中速人聯(lián)/物聯(lián)品類(lèi)的數(shù)據(jù)吞吐量需求，又能提供相比傳統(tǒng)LTE更優(yōu)的成本與更小的尺寸。更關(guān)鍵的是，它可以在現(xiàn)有4G接入網(wǎng)幾乎零改造的前提下，進(jìn)行快速部署，大幅削減落地成本。
然而，如此完美的LTE Cat.1bis技術(shù)，在推出之后的前兩年，不僅沒(méi)有爆發(fā)，反而更加沉寂，幾乎沒(méi)有產(chǎn)生實(shí)質(zhì)產(chǎn)業(yè)效益。這是為什么呢？
原因大概有兩個(gè)。
一方面，是因?yàn)長(zhǎng)TE Cat.1bis的標(biāo)準(zhǔn)化速度太慢。2018年9月，LTE Cat.1bis才完成合規(guī)認(rèn)證所必要的測(cè)試部分（Testing part）凍結(jié)，根本沒(méi)趕上2017年7月的全球首款蜂窩版可穿戴產(chǎn)品上市這波行情。
另一方面，R13 Cat.1bis推出之后，業(yè)界根本沒(méi)來(lái)得及準(zhǔn)備合適的芯片平臺(tái)。沒(méi)有芯片，咋推出產(chǎn)品？
陰差陽(yáng)錯(cuò)之下，Cat.1bis最終缺席了原本屬于它的可穿戴/中速物聯(lián)廣闊舞臺(tái)。
Cat.1bis的逆襲
到了2019年底，情況發(fā)生了根本性的變化。之前沒(méi)有的終端芯片平臺(tái)，現(xiàn)在有了！
2019年11月16日，在第7屆中國(guó)移動(dòng)全球合作伙伴大會(huì)上，紫光展銳重磅發(fā)布了新一代物聯(lián)網(wǎng)芯片平臺(tái)——展銳8910DM，這是全球首顆LTE Cat.1bis物聯(lián)網(wǎng)芯片平臺(tái)。
從功能上來(lái)看，展銳8910DM又不僅是一顆LTE Cat.1bis芯片。它采用28nm工藝，具備顯著的低功耗優(yōu)勢(shì)，支持LTE Cat.1bis和GSM雙模，上下行速率分別是5Mbps和10Mbps，擁有高集成度，同時(shí)集成了藍(lán)牙通訊和Wi-Fi室內(nèi)定位，可實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的連接，支持VoLTE。
展銳8910DM的推出，解決了用戶(hù)在物聯(lián)網(wǎng)連接中通信、運(yùn)算、存儲(chǔ)、定位等多方面的需求和痛點(diǎn)，引領(lǐng)了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定和行業(yè)生態(tài)構(gòu)建，填補(bǔ)了低功耗窄帶物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)寬帶物聯(lián)網(wǎng)之間的蜂窩通信芯片方案空白。
芯片平臺(tái)誕生之后，外部環(huán)境也發(fā)生了微妙變化，為L(zhǎng)TE Cat.1bis的爆發(fā)創(chuàng)造了非常有利的條件。
什么變化？當(dāng)然是5G的商用。
5G商用，意味著運(yùn)營(yíng)商又多了一張網(wǎng)絡(luò)需要維護(hù)，勢(shì)必增加其網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維壓力。為了減少壓力，集中資源建設(shè)新網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營(yíng)商會(huì)加速2G/3G的退網(wǎng)。
2G/3G想要順利退網(wǎng)，就必須有合適的替代技術(shù)，承接海量的中低速物聯(lián)網(wǎng)終端。
NB-IoT是窄帶物聯(lián)網(wǎng)，速度極低，僅可承載部分2G網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)終端。“中速率、語(yǔ)音通話(huà)、移動(dòng)連接”的業(yè)務(wù)需求，自然而然就落在了LTE Cat.1bis 的身上。
2020年5月，工信部發(fā)布了《關(guān)于深入推進(jìn)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)全面發(fā)展的通知》，其中明確指出：“推動(dòng)2G/3G物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)遷移轉(zhuǎn)網(wǎng)，引導(dǎo)新增物聯(lián)網(wǎng)終端不再使用2G/3G網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)存量2G/3G物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)向NB-IoT/4G（含Cat.1）/5G網(wǎng)絡(luò)遷移，建立協(xié)同發(fā)展的移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)綜合生態(tài)體系。”
針對(duì)這個(gè)協(xié)同發(fā)展的體系，行業(yè)已經(jīng)形成了普遍共識(shí)，那就是物聯(lián)網(wǎng)連接的“631”結(jié)構(gòu)。所謂“631”，即指：60%的連接通過(guò)低速率網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，30%的連接通過(guò)中速率網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，10%的連接通過(guò)高速率網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。
“631”結(jié)構(gòu)
LTE Cat.1bis，主要承載的是30%的中速率物聯(lián)網(wǎng)連接領(lǐng)域。
相比于NB-IoT，LTE Cat.1bis速率更高，可以支持標(biāo)清攝像頭、廣告屏等應(yīng)用，也多了移動(dòng)性的，可以支持共享單車(chē)、物流追蹤等對(duì)移動(dòng)性有要求的應(yīng)用。它還支持基本的語(yǔ)音業(yè)務(wù)，可以用于集群對(duì)講、電話(huà)手表等業(yè)務(wù)。
從技術(shù)替代趨勢(shì)來(lái)看，NB-IoT將實(shí)現(xiàn)對(duì)80%以上2G終端的替代，而絕大部分的3G和少部分的2G，將遷移到Cat.1。
Cat.1bis的技術(shù)革新
為了更好地完成自身使命，LTE Cat.1bis一直在進(jìn)行著技術(shù)革新和功能演進(jìn)。
我們還是以紫光展銳的8910DM芯片平臺(tái)為例。
2020年11月，紫光展銳聯(lián)合中國(guó)聯(lián)通，基于采用8910DM芯片平臺(tái)的聯(lián)通雁飛Cat1模組，開(kāi)展了業(yè)界首次Cat.1bis PSM低功耗特性現(xiàn)網(wǎng)規(guī)模測(cè)試。
此前，人們一直以為eDRX/PSM是NB-IoT/eMTC獨(dú)有的特性。這次測(cè)試表明，紫光展銳的Cat.1bis芯片也能夠支持?jǐn)U展非連續(xù)接收eDRX和深度睡眠PSM。
如此一來(lái)，Cat.1bis的功耗表現(xiàn)實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的mA級(jí)升級(jí)到uA級(jí)，大大拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，可以滿(mǎn)足例如智能表計(jì)、智能門(mén)鎖、煙感報(bào)警等使用電池供電、對(duì)功耗要求苛刻的場(chǎng)景。
在覆蓋增強(qiáng)方面，8910DM芯片平臺(tái)也有突破。它已成功實(shí)現(xiàn)對(duì)R13 coverage enhancement特性的支持，可提供最高15dB的增益。這將非常有利于將Cat.1bis部署于地下車(chē)庫(kù)、地下室、密集城區(qū)陰影區(qū)等覆蓋困難的場(chǎng)所，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。
除了性能進(jìn)一步提升之外，紫光展銳8910DM芯片平臺(tái)還根據(jù)用戶(hù)使用場(chǎng)景，進(jìn)行了很多場(chǎng)景專(zhuān)屬優(yōu)化。
舉例來(lái)說(shuō)，8910DM芯片原本就已支持BLE（藍(lán)牙低功耗）功能，可進(jìn)行近程設(shè)備升級(jí)維護(hù)和參數(shù)配置。如此，8910DM又新增支持了A2DP和HFP等藍(lán)牙媒體協(xié)議，讓物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也能夠進(jìn)行音樂(lè)播放。比如，可以讓支付云喇叭同時(shí)“變身”成藍(lán)牙音箱、讓公網(wǎng)對(duì)講機(jī)還能連接藍(lán)牙耳機(jī)、讓共享兩輪出行的路上也能有音樂(lè)陪伴。
再舉個(gè)例子，基于8910DM作為主芯片平臺(tái)的公網(wǎng)對(duì)講機(jī)方案，能夠完全滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)商對(duì)于公網(wǎng)對(duì)講產(chǎn)品的要求。展銳針對(duì)公網(wǎng)對(duì)講機(jī)的實(shí)網(wǎng)時(shí)延和通話(huà)音質(zhì)，進(jìn)行了大量?jī)?yōu)化：網(wǎng)絡(luò)方面，包括支持雙卡雙待以及實(shí)現(xiàn)IP數(shù)據(jù)包在4G/2G實(shí)網(wǎng)下的時(shí)延優(yōu)化；音質(zhì)方面，通過(guò)充分利用芯片的語(yǔ)音處理能力, 對(duì)于噪音/回聲/嘯叫等對(duì)講常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)處理。
上述這一系列的提升和優(yōu)化，充分說(shuō)明了LTE Cat.1bis可以實(shí)現(xiàn)功耗、成本、覆蓋、功能方面的更完美平衡，給用戶(hù)帶來(lái)極致的使用體驗(yàn)。
當(dāng)然，這背后也離不開(kāi)紫光展銳這樣的民族芯片企業(yè)，在自主創(chuàng)新技術(shù)方面長(zhǎng)期堅(jiān)持不懈的投入。基于這些投入，紫光展銳已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的龍頭，全球少數(shù)全面掌握2G/3G/4G/5G、Wi-Fi、藍(lán)牙、電視調(diào)頻、衛(wèi)星通信等全場(chǎng)景通信技術(shù)的企業(yè)之一。
根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，紫光展銳目前擁有近5000名員工，其中90%是研發(fā)人員，在全球擁有17個(gè)技術(shù)研發(fā)中心。
目前，紫光展銳的Cat.1芯片已經(jīng)實(shí)現(xiàn)千萬(wàn)級(jí)出貨，全國(guó)市場(chǎng)占有率超過(guò)70%。
數(shù)十款搭載展銳8910DM芯片的Cat.1bis模組，正在廣泛應(yīng)用于共享經(jīng)濟(jì)、金融支付、公網(wǎng)對(duì)講、能源、工業(yè)控制等行業(yè)場(chǎng)景。
結(jié)語(yǔ)
2021年，LTE Cat.1bis還將繼續(xù)火熱下去。
針對(duì)LTE Cat.1bis的生態(tài)，將會(huì)變得更加成熟。相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，也會(huì)越來(lái)越多地出現(xiàn)在我們身邊。我們有理由相信，隨著蜂窩物聯(lián)網(wǎng)終端連接數(shù)的不斷增加，“萬(wàn)物智聯(lián)”的時(shí)代將加速向我們走來(lái)。整個(gè)社會(huì)的運(yùn)作模式將發(fā)生根本性的變化，我們的工作效率和生活質(zhì)量也將迎來(lái)難以想象的飛躍。
期待這一天的早日到來(lái)。翻滾吧，LTE Cat.1bis！
