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2020年是5G商用元年。但是，如果我們在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)內(nèi)搞一場“2020年最熱門通信技術(shù)”的評選，5G很可能無法獨占冠軍。
因為，有一匹黑馬，在這一年迅速崛起，吸引了整個行業(yè)的關(guān)注，也成為大眾熱議的話題。
沒錯，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，2020年全球LTE Cat.1新增連接數(shù)為1500萬個。乍一看并不是很多，但它的增長速度極快。行業(yè)資訊機構(gòu)TSR預(yù)測，未來幾年LTE Cat.1模組會保持3000萬臺以上的年均出貨量。更有專家大膽預(yù)測，今年（2021年）就能達到5000萬。
LTE Cat.1為什么會迅速躥紅？它和其它蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相比，有哪些優(yōu)勢？我們現(xiàn)在常說的Cat.1和Cat.1bis，又有什么區(qū)別？
別急，讓我們從頭開始說起。
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，3GPP一共定義了5個終端類別，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，意思是“類別、種類”。
之所以要搞出這么多UE Category（終端類別），是因為3GPP非?？春梦锫?lián)網(wǎng)市場的發(fā)展前景，希望設(shè)計出不同速率等級的終端類型，滿足物聯(lián)網(wǎng)不同落地場景的需求。
從上圖可以看出，LTE Cat.1的上行速率只有大約5Mbps，專門面向?qū)λ俾室蟛桓叩奈锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用。
LTE Cat.1推出之后，并沒有獲得太多關(guān)注。當(dāng)時，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的使用場景還不多，用戶比較陌生，市場也沒有打開。
幾年后，隨著LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋迅速形成規(guī)模，廠商們開始重新將視線放到了LTE Cat.1的身上。
剛開始的時候，有手機終端廠商針對LTE Cat.1“簡配”、低成本的特點，將其用于4G老人智能機。后來，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景快速增加，LTE Cat.1迎來了機會。
2015年4月，第一代智能手表產(chǎn)品正式發(fā)售，拉開了價值千億的可穿戴電子產(chǎn)品市場競爭帷幕。
在激烈的市場爭奪過程中，可穿戴設(shè)備廠商發(fā)現(xiàn)，LTE Cat.1并沒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)計有兩根天線。而可穿戴設(shè)備對體積要求很高，必須小而又小，所以無法接受雙天線。即便是強行塞入，分集接收效果也會大打折扣。
當(dāng)時，官方具備1Rx（單接收天線）接收規(guī)格的終端能力等級，只有Cat.0/Cat.M1/Cat.NB1。但是，這些技術(shù)最高只能實現(xiàn)1Mbps的極限吞吐速率，無法滿足可穿戴場景的用戶體驗。
于是，設(shè)計一種新的適用于可穿戴品類的單天線終端能力等級，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)全會就該單天線終端能力新等級做了討論與定義。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。
除了天線數(shù)量之外，LTE Cat.1bis和LTE Cat.1并無太大區(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“bis”，在英文里有“重復(fù)、兩次、再來一次”的意思。
LTE Cat.1bis，既能滿足中速人聯(lián)/物聯(lián)品類的數(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，不僅沒有爆發(fā)，反而更加沉寂，幾乎沒有產(chǎn)生實質(zhì)產(chǎn)業(yè)效益。這是為什么呢？
原因大概有兩個。
一方面，是因為LTE 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)認證所必要的測試部分（Testing part）凍結(jié)，根本沒趕上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)界根本沒來得及準(zhǔn)備合適的芯片平臺。沒有芯片，咋推出產(chǎn)品？
陰差陽錯之下，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。
Cat.1bis的逆襲
到了2019年底，情況發(fā)生了根本性的變化。之前沒有的終端芯片平臺，現(xiàn)在有了！
2019年11月16日，在第7屆中國移動全球合作伙伴大會上，紫光展銳重磅發(fā)布了新一代物聯(lián)網(wǎng)芯片平臺——展銳8910DM，這是全球首顆LTE Cat.1bis物聯(lián)網(wǎng)芯片平臺。
從功能上來看，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，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，同時集成了藍牙通訊和Wi-Fi室內(nèi)定位，可實現(xiàn)更穩(wěn)定的連接，支持VoLTE。
展銳8910DM的推出，解決了用戶在物聯(lián)網(wǎng)連接中通信、運算、存儲、定位等多方面的需求和痛點，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。
芯片平臺誕生之后，外部環(huán)境也發(fā)生了微妙變化，為LTE 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，意味著運營商又多了一張網(wǎng)絡(luò)需要維護，勢必增加其網(wǎng)絡(luò)運維壓力。為了減少壓力，集中資源建設(shè)新網(wǎng)絡(luò)，運營商會加速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、語音通話、移動連接”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)于深入推進移動物聯(lián)網(wǎng)全面發(fā)展的通知》，其中明確指出：“推動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)展的移動物聯(lián)網(wǎng)綜合生態(tài)體系。”
針對這個協(xié)同發(fā)展的體系，行業(yè)已經(jīng)形成了普遍共識，那就是物聯(lián)網(wǎng)連接的“631”結(jié)構(gòu)。所謂“631”，即指：60%的連接通過低速率網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，30%的連接通過中速率網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，10%的連接通過高速率網(wǎng)絡(luò)實現(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，也多了移動性的，可以支持共享單車、物流追蹤等對移動性有要求的應(yīng)用。它還支持基本的語音業(yè)務(wù)，可以用于集群對講、電話手表等業(yè)務(wù)。
從技術(shù)替代趨勢來看，NB-IoT將實現(xiàn)對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一直在進行著技術(shù)革新和功能演進。
我們還是以紫光展銳的8910DM芯片平臺為例。
2020年11月，紫光展銳聯(lián)合中國聯(lián)通，基于采用8910DM芯片平臺的聯(lián)通雁飛Cat1模組，開展了業(yè)界首次Cat.1bis PSM低功耗特性現(xiàn)網(wǎng)規(guī)模測試。
此前，人們一直以為eDRX/PSM是NB-IoT/eMTC獨有的特性。這次測試表明，紫光展銳的Cat.1bis芯片也能夠支持擴展非連續(xù)接收eDRX和深度睡眠PSM。
如此一來，Cat.1bis的功耗表現(xiàn)實現(xiàn)從傳統(tǒng)的mA級升級到uA級，大大拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，可以滿足例如智能表計、智能門鎖、煙感報警等使用電池供電、對功耗要求苛刻的場景。
在覆蓋增強方面，8910DM芯片平臺也有突破。它已成功實現(xiàn)對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部署于地下車庫、地下室、密集城區(qū)陰影區(qū)等覆蓋困難的場所，擴大應(yīng)用領(lǐng)域。
除了性能進一步提升之外，紫光展銳8910DM芯片平臺還根據(jù)用戶使用場景，進行了很多場景專屬優(yōu)化。
舉例來說，8910DM芯片原本就已支持BLE（藍牙低功耗）功能，可進行近程設(shè)備升級維護和參數(shù)配置。如此，8910DM又新增支持了A2DP和HFP等藍牙媒體協(xié)議，讓物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也能夠進行音樂播放。比如，可以讓支付云喇叭同時“變身”成藍牙音箱、讓公網(wǎng)對講機還能連接藍牙耳機、讓共享兩輪出行的路上也能有音樂陪伴。
再舉個例子，基于8910DM作為主芯片平臺的公網(wǎng)對講機方案，能夠完全滿足運營商對于公網(wǎng)對講產(chǎn)品的要求。展銳針對公網(wǎng)對講機的實網(wǎng)時延和通話音質(zhì)，進行了大量優(yōu)化：網(wǎng)絡(luò)方面，包括支持雙卡雙待以及實現(xiàn)IP數(shù)據(jù)包在4G/2G實網(wǎng)下的時延優(yōu)化；音質(zhì)方面，通過充分利用芯片的語音處理能力, 對于噪音/回聲/嘯叫等對講常見問題進行專項處理。
上述這一系列的提升和優(yōu)化，充分說明了LTE Cat.1bis可以實現(xiàn)功耗、成本、覆蓋、功能方面的更完美平衡，給用戶帶來極致的使用體驗。
當(dāng)然，這背后也離不開紫光展銳這樣的民族芯片企業(yè)，在自主創(chuàng)新技術(shù)方面長期堅持不懈的投入?；谶@些投入，紫光展銳已經(jīng)成為國內(nèi)集成電路設(shè)計產(chǎn)業(yè)的龍頭，全球少數(shù)全面掌握2G/3G/4G/5G、Wi-Fi、藍牙、電視調(diào)頻、衛(wèi)星通信等全場景通信技術(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個技術(shù)研發(fā)中心。
目前，紫光展銳的Cat.1芯片已經(jīng)實現(xiàn)千萬級出貨，全國市場占有率超過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、金融支付、公網(wǎng)對講、能源、工業(yè)控制等行業(yè)場景。
結(jié)語
2021年，LTE Cat.1bis還將繼續(xù)火熱下去。
針對LTE Cat.1bis的生態(tài)，將會變得更加成熟。相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，也會越來越多地出現(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，“萬物智聯(lián)”的時代將加速向我們走來。整個社會的運作模式將發(fā)生根本性的變化，我們的工作效率和生活質(zhì)量也將迎來難以想象的飛躍。
期待這一天的早日到來。翻滾吧，LTE Cat.1bis！
