2020年是5G商用元年。但是,如果我們在物聯網行業內搞一場“2020年Z熱門通信技術”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,吸引了整個行業的關注,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。

 

 

根據數據統計,2020年全球LTE Cat.1新增連接數為1500萬個。乍一看并不是很多,但它的增長速度極快。行業資訊機構TSR預測,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?它和其它蜂窩物聯網技術相比,有哪些優勢?我們現在常說的Cat.1和Cat.1bis,又有什么區別?

 

別急,讓我們從頭開始說起。

 

LTE Cat.1的發展歷程

2009年3月,標準組織3GPP發布了Release 8 版本,正式把LTE推到了世人面前。

 

當時,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?春梦锫摼W市場的發展前景,希望設計出不同速率等級的終端類型,滿足物聯網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,專門面向對速率要求不高的物聯網應用。

 

LTE Cat.1推出之后,并沒有獲得太多關注。當時,蜂窩物聯網的使用場景還不多,用戶比較陌生,市場也沒有打開。

 

幾年后,隨著LTE網絡覆蓋迅速形成規模,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,蜂窩物聯網應用場景快速增加,LTE Cat.1迎來了機會。

 

2015年4月,第一代智能手表產品正式發售,拉開了價值千億的可穿戴電子產品市場競爭帷幕。

 

在激烈的市場爭奪過程中,可穿戴設備廠商發現,LTE Cat.1并沒有辦法用于可穿戴設備。原因在于,Cat.1和傳統LTE終端一樣,設計有兩根天線。而可穿戴設備對體積要求很高,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。

 

當時,官方具備1Rx(單接收天線)接收規格的終端能力等級,只有Cat.0/Cat.M1/Cat.NB1。但是,這些技術Z高只能實現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標準全會就該單天線終端能力新等級做了討論與定義。Z終,在2017年3月9日,3GPP Release 13 LTE Cat.1bis核心部分正式凍結,LTE Cat.1bis誕生。

 

除了天線數量之外,LTE Cat.1bis和LTE Cat.1并無太大區別,兩者都是上行速率5Mbps,下行10Mbps,鏈路預算基本一致。

 

 

這個“bis”,在英文里有“重復、兩次、再來一次”的意思。

 

LTE Cat.1bis,既能滿足中速人聯/物聯品類的數據吞吐量需求,又能提供相比傳統LTE更優的成本與更小的尺寸。更關鍵的是,它可以在現有4G接入網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,在推出之后的前兩年,不僅沒有爆發,反而更加沉寂,幾乎沒有產生實質產業效益。這是為什么呢?

 

原因大概有兩個。

 

一方面,是因為LTE Cat.1bis的標準化速度太慢。2018年9月,LTE Cat.1bis才完成合規認證所必要的測試部分(Testing part)凍結,根本沒趕上2017年7月的全球首款蜂窩版可穿戴產品上市這波行情。

 

另一方面,R13 Cat.1bis推出之后,業界根本沒來得及準備合適的芯片平臺。沒有芯片,咋推出產品?

 

陰差陽錯之下,Cat.1bisZ終缺席了原本屬于它的可穿戴/中速物聯廣闊舞臺。

 

Cat.1bis的逆襲

到了2019年底,情況發生了根本性的變化。之前沒有的終端芯片平臺,現在有了!

 

2019年11月16日,在第7屆中國移動全球合作伙伴大會上,紫光展銳重磅發布了新一代物聯網芯片平臺——展銳8910DM,這是全球首顆LTE Cat.1bis物聯網芯片平臺。

 

 

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室內定位,可實現更穩定的連接,支持VoLTE。

 

展銳8910DM的推出,解決了用戶在物聯網連接中通信、運算、存儲、定位等多方面的需求和痛點,引領了行業標準制定和行業生態構建,填補了低功耗窄帶物聯網與傳統寬帶物聯網之間的蜂窩通信芯片方案空白。

 

芯片平臺誕生之后,外部環境也發生了微妙變化,為LTE Cat.1bis的爆發創造了非常有利的條件。

 

什么變化?當然是5G的商用。

 

5G商用,意味著運營商又多了一張網絡需要維護,勢必增加其網絡運維壓力。為了減少壓力,集中資源建設新網絡,運營商會加速2G/3G的退網。

 

2G/3G想要順利退網,就必須有合適的替代技術,承接海量的中低速物聯網終端。

 

NB-IoT是窄帶物聯網,速度極低,僅可承載部分2G網絡物聯網終端。“中速率、語音通話、移動連接”的業務需求,自然而然就落在了LTE Cat.1bis 的身上。

 

2020年5月,工信部發布了《關于深入推進移動物聯網全面發展的通知》,其中明確指出:“推動2G/3G物聯網業務遷移轉網,引導新增物聯網終端不再使用2G/3G網絡,推動存量2G/3G物聯網業務向NB-IoT/4G(含Cat.1)/5G網絡遷移,建立協同發展的移動物聯網綜合生態體系。”

 

針對這個協同發展的體系,行業已經形成了普遍共識,那就是物聯網連接的“631”結構。所謂“631”,即指:60%的連接通過低速率網絡實現,30%的連接通過中速率網絡實現,10%的連接通過高速率網絡實現。

 

“631”結構

 

LTE Cat.1bis,主要承載的是30%的中速率物聯網連接領域。

 

相比于NB-IoT,LTE Cat.1bis速率更高,可以支持標清攝像頭、廣告屏等應用,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用。它還支持基本的語音業務,可以用于集群對講、電話手表等業務。

 

 

從技術替代趨勢來看,NB-IoT將實現對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的技術革新

為了更好地完成自身使命,LTE Cat.1bis一直在進行著技術革新和功能演進。

 

我們還是以紫光展銳的8910DM芯片平臺為例。

 

2020年11月,紫光展銳聯合中國聯通,基于采用8910DM芯片平臺的聯通雁飛Cat1模組,開展了業界首次Cat.1bis PSM低功耗特性現網規模測試。

 

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接收eDRX和深度睡眠PSM。

 

如此一來,Cat.1bis的功耗表現實現從傳統的mA級升級到uA級,大大拓寬了應用領域,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。它已成功實現對R13 coverage enhancement特性的支持,可提供Z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、密集城區陰影區等覆蓋困難的場所,擴大應用領域。

 

除了性能進一步提升之外,紫光展銳8910DM芯片平臺還根據用戶使用場景,進行了很多場景專屬優化。

 

舉例來說,8910DM芯片原本就已支持BLE(藍牙低功耗)功能,可進行近程設備升級維護和參數配置。如此,8910DM又新增支持了A2DP和HFP等藍牙媒體協議,讓物聯網設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對講機方案,能夠完全滿足運營商對于公網對講產品的要求。展銳針對公網對講機的實網時延和通話音質,進行了大量優化:網絡方面,包括支持雙卡雙待以及實現IP數據包在4G/2G實網下的時延優化;音質方面,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化,充分說明了LTE Cat.1bis可以實現功耗、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。

 

當然,這背后也離不開紫光展銳這樣的民族芯片企業,在自主創新技術方面長期堅持不懈的投入;谶@些投入,紫光展銳已經成為國內集成電路設計產業的龍頭,全球少數全面掌握2G/3G/4G/5G、Wi-Fi、藍牙、電視調頻、衛星通信等全場景通信技術的企業之一。

 

根據數據顯示,紫光展銳目前擁有近5000名員工,其中90%是研發人員,在全球擁有17個技術研發中心。

 

目前,紫光展銳的Cat.1芯片已經實現千萬級出貨,全國市場占有率超過70%。

 

數十款搭載展銳8910DM芯片的Cat.1bis模組,正在廣泛應用于共享經濟、金融支付、公網對講、能源、工業控制等行業場景。

 

 

 

結語

2021年,LTE Cat.1bis還將繼續火熱下去。

 

針對LTE Cat.1bis的生態,將會變得更加成熟。相關的物聯網應用,也會越來越多地出現在我們身邊。我們有理由相信,隨著蜂窩物聯網終端連接數的不斷增加,“萬物智聯”的時代將加速向我們走來。整個社會的運作模式將發生根本性的變化,我們的工作效率和生活質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!