奋斗了四年的 NB-IOT 怎么让 Cat.1 成了最靓的仔?
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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,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:
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
- 3GPP Release
- 物联传媒-12亿连接数、NB-IoT+Cat.1+5G深度覆盖,奔涌吧,物联网后浪!
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