选择物联网LTE标准：Cat 1和Cat 1bis与NB-IoT和LTE-M

选择LTE标准

当您设计蜂窝物联网产品时，您必须从一开始就规划连接。很快，你就面临一个艰难的选择：选择LTE标准。你应该为哪个4G LTE(或5G NR)标准设计？答案将决定您的连接技术的发展方向，从使用哪种芯片组和模块到与您合作的移动网络运营商。

如果您正在为大规模物联网部署进行设计，从智能电表到可穿戴消费设备再到工业自动驾驶汽车，LTE蜂窝网络为您提供了四种选择。(随着2030年的到来，这些可能会发生变化，4G LTE网络将让位于5G新无线电[NR]…但我们将在另一篇文章中讨论这一转变及其对设备制造商的影响。)目前，请继续阅读关于哪种LTE标准将为您的产品提供最大价值的提示，包括每种标准的常见使用案例。

面向大规模物联网的4种LTE标准

今天的大规模物联网连接生态系统提供了这些LTE标准，每个标准都适用于不同的场景。以下是今天的选择，以及每种选择的一些标准应用:

1.LTE Cat 1

长期演进(LTE)网络规定了数据在蜂窝网络中传输时的大小限制。在2008年，标准化权威3GPP发布了版本8，其沿着五个类别定义了用户设备(UE)的规范。

其中的第一个类别—LTE Cat 1—定义了每秒上传5兆字节(5 Mbps UL)和下载10 Mbps(10 Mbps下行)的最大数据传输速率。这使得LTE Cat 1成为第一个专为物联网设计的标准，物联网通常要求比手机上的网飞流更低的数据速率。

你可能认为2008年首次出现的标准已经过时了。事实上，情况正好相反:因为LTE Cat 1是一项成熟的技术，它基本上随处可用，并且它提供了足够的数据吞吐量来支持各种各样的用例。事实并非总是如此，我们将在关于NB-IoT和Cat-M的报道中讨论该列表中的第三和第四项。

2.LTE Cat 1bis

LTE Cat 1模块使用两根天线。对于希望节省空间或削减成本的设备制造商来说，一个天线可能更合适。进入LTE Cat 1bis，它本质上是LTE Cat 1标准(5 Mbps UL和10 Mbps DL)在单天线硬件上的一个版本。

与双天线模块相比，Cat 1bis模块可能会失去一些覆盖范围，但这种差异很少转化为用户体验。当se quans——Calliope芯片组(第一个针对Cat 1优化的LTE平台)的生产商——进行现场测试时，他们发现与双天线Cat 1模块相比，单天线仅损失了几个分贝的覆盖范围，并且该平台的高级信号处理技术可以减轻这种损失。

此外，蜂窝网络通常受到上行链路的限制，导致客户在使用一根或两根天线时感受到的差异很小，甚至没有差异，正如数百万客户在现实部署中仅使用一根天线所报告的那样。这表明了Cat 1bis优化平台在提供几乎等同于Cat 1性能的同时提供成本改进的相关性。最后，需要强调的是，任何Cat 1网络都可以启用Cat 1bis设备，而无需进行任何网络更改或升级。

所有这些都使得LTE Cat 1bis成为具有中等数据需求(包括语音或视频数据)的小型设备的绝佳选择。

LTE Cat 1和LTE Cat 1bis的常见物联网用例

由于LTE Cat 1和Cat 1bis使用基本相同的基线规范，因此涵盖了相同类型的应用。区别在于单天线设计是否更适合您的产品，因为它可以节省空间或成本。(好处因项目而异，这就是为什么选择具有专业知识的芯片/模块提供商有助于指导您实现理想技术的原因)。此外，当使用新一代专用Cat 1bis模块时，用户可以受益于最优化的RF和功耗性能，以及集成GNSS或集成eSIM等附加功能。

这些标准提供了近乎全面的覆盖，以及比NB-IoT或LTE-M更高的数据限制。这使得它们对于具有不同数据吞吐量需求和/或跨国部署的设备来说特别灵活。LTE Cat 1的常见用例包括:

物联网零售亭

车内热点游戏设备

智能电网产品

家庭安全系统

可穿戴相机销售点

终端健康监视器

智能手表

然而，对于较低的数据需求，3GPP确实提供了两种专为大型物联网项目设计的LTE标准:NB-IoT和LTE-M。

3.NB-IoT

到2015年，物联网行业正在寻找更低成本的芯片组和模块。许多物联网系统不需要接近5 Mbps UL或10 Mbps下行数据速率。这种需求导致了针对LPWANs的两种物联网标准的开发，如3GPP Release 13中所定义的。

窄带物联网(NB-IoT)标准是专门为数据需求较低的物联网设备设计的。在3GPP Release 14中，它将数据速率限制在每秒160千字节(kbps)左右。如果您不需要移动太多数据，NB-IoT的低数据速率可以帮助优化您的物联网产品的成本、用电量和网络容量，前提是您的市场覆盖了NB-IoT。

NB-IoT和LTE-M都需要升级蜂窝网络，这导致了全球范围内的非统一部署。在中国、印度和欧洲部分地区，NB-IoT广泛可用。

NB-IoT的常见物联网使用案例

由于NB-IoT在所有四种LTE标准中提供了最低的数据限制，因此用例仅限于传输非常小的数据包的传感器。这些通常包括:

智能烟雾探测器

停车控制系统

农业监测产品

智能建筑应用(例如，暖通空调和照明控制)

污染监测系统

工业物联网传感器

计量应用的一部分(特别是天然气和水)

4. LTE-M

LTE-M标准在数据限制方面介于NB-IoT和Cat 1之间;它允许高达1.1 Mbps的数据流。除此之外，它与NB-IoT非常相似:针对大规模物联网系统的成本、功耗和网络容量进行了优化。

然而，世界上一些地区更新了NB-IoT的蜂窝基础设施，而不是LTE-M，所以并不是所有地方都可以使用。在北美、日本，以及欧洲的部分地区，LTE-M已经广泛应用，但在中国或印度根本无法使用。

正如我们提到的，Cat 1在世界上几乎每个蜂窝网络上都可用。如果您服务于全球市场，并且您不希望为同一产品管理多个sku而造成令人头痛的库存问题，那么cat 1可能是您的最佳选择。但是，如果您的数据需求介于NB-IoT和Cat 1限制之间，并且您的市场有覆盖范围，那么LTE-M可以在大规模物联网部署中提供巨大的优势组合。

LTE-M常用物联网用例

在可用的地方，LTE-M是智能城市应用程序的流行标准，这些应用程序通常要求低延迟，但对数据的需求不高。该标准还用于轻资产跟踪和监控，以及一些智能设备。LTE-M连接的示例用例包括:

舰队追踪器

资产追踪器

公用事业仪表(煤气、电、水等)

移动个人应急响应系统

LTE-M和Cat 1的用例之间也有很多重叠。LTE-M标准还应用于连接的医疗保健设备、智能手表和销售点终端等。

LTE-M和Cat 1之间的这一共同点引出了另一个问题:如何确定哪个LTE标准适合您的产品或项目？

帮助确定正确LTE标准的5个问题

每个大型物联网项目都是不同的，这四种LTE标准中的任何一种都可能为您提供最大的优势。要做出正确的决定，从回答以下五个问题开始:

你的蜂窝连接目标是什么？

首先确定你的关键绩效指标(KPI)。你需要手机连接做什么？它必须针对更高的数据吞吐量、更低的功耗、最小的延迟、可靠的正常运行时间或这些因素的某种组合进行优化吗？一旦你设定了目标，你就可以开始制定实现目标的计划——但要时刻牢记目标。

你愿意花多少钱？

显然，限制成本对任何产品的开发都是至关重要的。但是，要在物联网设备中获得所有您想要的功能，您可能需要调整您的成本目标。在对您的蜂窝连接进行定价时，请同时考虑模块成本和数据计划的持续成本。

你的项目时间表是什么？

为您的产品添加蜂窝连接需要组装、测试和与MnO的关系，您选择的标准会影响这些时间表。如果你需要尽快发货，这可能会改变你对手机技术的选择。

您计划在哪里部署物联网设备？

如上所述，NB-IoT和LTE-M并非在世界各地都可用，尽管它们在一些地区非常成熟，人们可以考虑使用双模LTE-M/NB-IoT解决方案。如果您覆盖全球市场，您有两种选择:您可以管理每个地区的多个SKU(及其相应的LTE标准)，或者您可以选择Cat 1或Cat 1bis的全球覆盖。

你需要多少面向未来的能力？

对你产品的寿命要现实。例如，如果你需要它工作20年，并且不期望在2027年之前推出，你可能需要等待即将到来的5G NR网络切换。(我们预计这种转变将在本世纪20年代中期左右开始。)也就是说，我们预计LTE-M和NB-IoT将至少在2035年之前与5G NR共存，私营LTE运营商将在2040年之后继续保持这种状态——关键是，了解您的产品需要在现场工作多长时间可以帮助您选择正确的蜂窝标准。

如果这一切看起来令人困惑，那是因为它是！我们能提供的最有帮助的提示是，从一个通过专家咨询来支持其产品的提供商那里采购您的芯片组和模块。芯片组生产商是蜂窝连接的专家；与他们合作，为您的海量物联网产品做出最佳选择。

责任编辑：赵智华

文章来源：//www.profoottalk.com/2023/0103/3910.shtml