LTE-M：提供面向未來的物聯(lián)網(wǎng)

CAT-1 LTE 調(diào)制解調(diào)器最初于 2008 年被定義為一種低成本、低功耗的替代方案，用于連接需要傳輸有限數(shù)據(jù)量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。然而，當(dāng)時(shí)的供應(yīng)商和網(wǎng)絡(luò)提供商專注于更高的吞吐量。實(shí)際的設(shè)備推出大約在五六年后開始。

2016年，在最初的CAT-1定義八年后，CAT-1bis在3GPP第13版中最終確定。預(yù)計(jì)新協(xié)議將進(jìn)一步降低調(diào)制解調(diào)器的成本，并通過移除第二個(gè)天線來簡(jiǎn)化設(shè)備。這些技術(shù)比4G / LTE（CAT3及以上）更適合物聯(lián)網(wǎng)，后者專為智能手機(jī)和其他要求苛刻的設(shè)備而設(shè)計(jì)，其高成本和功耗需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了連接的公用事業(yè)儀表，跟蹤器設(shè)備，醫(yī)療健康設(shè)備和其他應(yīng)用的要求。

大約在同一時(shí)間，在2016年，LTE-M（CAT-M）的規(guī)格被3GPP凍結(jié)并發(fā)布。設(shè)備制造商和芯片組設(shè)計(jì)人員一直在爭(zhēng)論哪個(gè)更好。展望未來，很明顯，LTE-M面向未來的技術(shù)，更好的覆蓋范圍和更低的電力成本應(yīng)該使其成為物聯(lián)網(wǎng)的首選蜂窩調(diào)制解調(diào)器。

與LTE-M相比，CAT-1有幾個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。它提供了更高的最大吞吐量，這可能需要某些應(yīng)用程序，并且在上傳或下載大量數(shù)據(jù)時(shí)功耗更低（傳輸速度更快，時(shí)間更短），以及略低的延遲。然而，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備很少需要高吞吐量或容量，因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上設(shè)計(jì)為以低數(shù)據(jù)速率運(yùn)行。因此，這些優(yōu)勢(shì)并沒有為智能城市和公用事業(yè)提供令人信服的用例。

CAT-1bis作為一種替代解決方案，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和成本方面明顯不如LTE-M。雖然它們都使用單個(gè)天線，但CAT-1bis網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍下降了9db，并且仍然比LTE-M貴20%-50%。因此，它沒有提供真正的替代方案。

成為5G框架的一部分很重要

公用事業(yè)設(shè)備設(shè)計(jì)師和智能城市規(guī)劃者希望創(chuàng)建將在未來10-15年內(nèi)共享數(shù)據(jù)的互聯(lián)設(shè)備。LTE-M被納入5G框架。因此，其技術(shù)預(yù)計(jì)將在2040年及以后得到支持。在可預(yù)見的5G未來，智能電表和其他關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用將繼續(xù)深入輸送信息。

絕對(duì)所有旗艦智能手機(jī)都支持5G功能大約兩年，5G正在成為任何新智能手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)功能。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來說，智能手機(jī)連接是當(dāng)今的一項(xiàng)主要業(yè)務(wù)，它推動(dòng)了許多頻譜管理決策。由于所有智能手機(jī)（和新車）都支持5G，世界各地的蜂窩運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開始從LTE到5G進(jìn)行頻譜重組。隨著5G設(shè)備的商品化，運(yùn)營(yíng)商將面臨將其頻譜遷移到5G的財(cái)務(wù)壓力。與LTE-M相比，僅受LTE網(wǎng)絡(luò)支持的CAT-1最早可能在2030年完全不受支持。一旦這種支持消失，帶有 CAT-1 的設(shè)備將無法傳輸數(shù)據(jù)，需要更換。

在十年的大部分時(shí)間里，我們已經(jīng)看到電信運(yùn)營(yíng)商和業(yè)內(nèi)人士提出了他們對(duì)5G的愿景。這一愿景正在全球?qū)崿F(xiàn)，增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)，讓更多智慧城市更接近現(xiàn)實(shí)。具有諷刺意味的是，我們可能會(huì)看到CAT-1堅(jiān)持使用LTE技術(shù)。由于LTE缺乏支持在短短八年內(nèi)，沒有人能保證它的壽命。

僅此一項(xiàng)就足以推動(dòng)開發(fā)人員使用 LTE-M。但是，LTE-M還有其他有利于它的因素。

測(cè)試顯示LTE-M提供更可靠的覆蓋范圍

在CE模式A中，我們看到LTE-M比CAT-5提高了1 dB。CAT-1的雙天線似乎使其比LTE-M的單天線更具優(yōu)勢(shì)。

如下圖所示，CAT-1 和 CAT-1bis 在良好條件下每秒傳輸更多位。然而，隨著條件惡化和耦合損耗增加，CAT-1的比特率下降并更接近LTE-M。CAT-1bis在大約145 dB MCL（最小耦合損耗）時(shí)完全斷開，CAT-1在大約149 dB時(shí)失去連接。另一方面，LTE-M能夠?qū)⑵溥B接保持在低至154 dB CL。

實(shí)際上，LTE-M是一種更強(qiáng)大的解決方案，即使在CAT-1離線后也能保持連接。

LTE-M在惡劣條件和覆蓋不良區(qū)域下的擴(kuò)展覆蓋范圍對(duì)于關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用尤其重要，因?yàn)樵O(shè)備經(jīng)常需要安裝在地下室等具有挑戰(zhàn)性的接收環(huán)境中。系統(tǒng)集成商還必須考慮到，由于植被生長(zhǎng)或由于住房的持續(xù)發(fā)展而導(dǎo)致城市景觀的變化，覆蓋范圍可能會(huì)隨著時(shí)間的推移而下降。

LTE-M 的構(gòu)建成本更低

總體而言，LTE-M的相關(guān)成本明顯低于CAT-1和CAT-1bis。使用LTE-M作為我們的基準(zhǔn)，CAT-1bis的價(jià)格要高出20%-50%，而CAT-1的價(jià)格要高出80%。LTE-M在其設(shè)計(jì)中使用較少的硬件。其更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)具有更少的部件，包括單個(gè)天線，并且不需要昂貴的、特定于國(guó)家/地區(qū)的 SAW 濾波器——從而實(shí)現(xiàn) ONESKU? 解決方案。這是規(guī)模經(jīng)濟(jì)有助于降低成本和簡(jiǎn)化物流的例子之一。

LTE-M的運(yùn)營(yíng)成本也低于其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的技術(shù)。LTE-M在節(jié)能方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于CAT-1和CAT-1bis。其降低的功耗不僅延長(zhǎng)了電池壽命，而且由于電池?cái)?shù)量較少，因此運(yùn)營(yíng)成本更低。

展望未來

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)用設(shè)備旨在長(zhǎng)期使用.因此，LTE-M是正確的技術(shù)選擇。誠(chéng)然，LTE-M的吞吐量與CAT-1不同。憑借 5Mbps 的上傳和 10Mbps 的下載速度，CAT-1 可以比 LTE-M 的 1.2Mbps 上傳和下載速度（3GPP 第 17 版）更快地移動(dòng)數(shù)據(jù)。但是，連接的實(shí)用程序通常不需要 CAT-1 提供的更高吞吐量。他們可以通過LTE-M同樣有效地傳輸數(shù)據(jù)。

這兩種技術(shù)也具有相當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)容量，盡管在實(shí)踐中，LTE-M僅部署6RB，這可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)容量減少以滿足當(dāng)前需求。這對(duì)于連接的公用事業(yè)用例來說已經(jīng)足夠了，并有助于降低運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。LTE-M在覆蓋較差的地區(qū)提供更好的延遲，考慮到許多公用事業(yè)儀表位于網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍較弱的農(nóng)村地區(qū)，這一點(diǎn)很重要。

考慮到LTE-M被納入5G框架，并將持續(xù)至少到2040年，成本更低，并且滿足智能公用事業(yè)的要求，它是公用事業(yè)和智慧城市開發(fā)商的不二之選。

審核編輯：郭婷