LTE-M——提供面向未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)

CAT-1LTE調(diào)制解調(diào)器最初于2008年定義為，連接需要傳輸有限數(shù)據(jù)量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的低成本、低功耗替代品。然而，當(dāng)時(shí)的供應(yīng)商和網(wǎng)絡(luò)提供商關(guān)注的是更高的吞吐量。實(shí)際的設(shè)備引進(jìn)大約在五六年后開始。

2016年，在最初的CAT-1定義8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(guò)移除第二根天線簡(jiǎn)化設(shè)備。與4G/LTE、CAT3及以上相比，這些技術(shù)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)備設(shè)計(jì)，其高成本和功耗需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了連接的電表、跟蹤設(shè)備、醫(yī)療保健設(shè)備和其他應(yīng)用的要求。

幾乎與此同時(shí)，在2016年，3GPP凍結(jié)并發(fā)布了LTE-M（CAT-M）規(guī)范。設(shè)備制造商和芯片組設(shè)計(jì)師一直在爭(zhēng)論哪個(gè)更好。展望未來(lái)，LTE-M的未來(lái)技術(shù)、更好的覆蓋范圍和更低的電力成本，顯然應(yīng)該使其成為物聯(lián)網(wǎng)的蜂窩調(diào)制解調(diào)器的選擇。

CAT-1比LTE-M有幾個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)點(diǎn)。它提供了更高的最大吞吐量，這可能是一些應(yīng)用所需要的，并在上傳或下載大量數(shù)據(jù)時(shí)降低了功耗，以及稍低的延遲。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)樗鼈兲焐捅辉O(shè)計(jì)為設(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(méi)有為智能城市和公用事業(yè)提供一個(gè)令人信服的用例。

CAT-1bis作為替代方案，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋和成本方面明顯低于LTE-M。雖然它們都使用單一天線，但CAT-1bis的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率降低了9db，而且仍比LTE-M貴20%-50%。因此，它并沒(méi)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)師和智慧城市規(guī)劃者，希望創(chuàng)造出在未來(lái)10-15年內(nèi)共享數(shù)據(jù)的連接設(shè)備，LTE-M被納入5G框架。因此，預(yù)計(jì)其技術(shù)將在2040年及以后得到支持。智能電表和其他關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用，將繼續(xù)向可預(yù)見的5G未來(lái)輸送信息。

毫無(wú)疑問(wèn)，所有旗艦智能手機(jī)支持5G功能已經(jīng)有兩年了，5G正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(lái)說(shuō)，智能手機(jī)連接是當(dāng)今的主要業(yè)務(wù)，它推動(dòng)了許多頻譜管理決策。

由于所有的智能手機(jī)和新車都支持5G，世界各地的移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開始了從LTE到5G的頻譜重組。隨著5G設(shè)備的商品化，運(yùn)營(yíng)商將面臨財(cái)務(wù)壓力，需要將頻譜轉(zhuǎn)移到5G。與LTE-m相比，只支持LTE網(wǎng)絡(luò)的CAT-1，到2030年有可能完全不受支持。一旦不再支持，CAT-1設(shè)備將無(wú)法傳輸數(shù)據(jù)，需要更換。

在過(guò)去十年的大部分時(shí)間里，我們看到電信運(yùn)營(yíng)商和業(yè)內(nèi)人士提出了他們對(duì)5G的愿景。這一愿景正在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)，增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)，使更多智慧城市更接近現(xiàn)實(shí)。諷刺的是，我們可能會(huì)看到CAT-1拒絕使用LTE技術(shù)。由于LTE缺乏支持的時(shí)間只有短短8年，沒(méi)有人能保證它的壽命。

僅這一點(diǎn)就足以促使開發(fā)人員轉(zhuǎn)向LTE-M。然而，LTE-M還有其他有利因素。

測(cè)試表明，LTE-M提供了更可靠的覆蓋

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

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，變得更接近LTE-M。CAT-1bis在大約145dBMCL(最小耦合損耗)時(shí)完全斷開，而CAT-1在大約149dB時(shí)斷開連接。另一方面，LTE-M能夠保持其連接到154dBCL。

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

LTE-M在惡劣條件和低覆蓋區(qū)域的擴(kuò)展覆蓋對(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，隨著時(shí)間的推移，由于植被生長(zhǎng)或由于持續(xù)的住房開發(fā)而導(dǎo)致的城市景觀變化，覆蓋率可能會(huì)下降。

LTE-M構(gòu)建成本更低

從總體上看，LTE-M的相關(guān)成本顯著低于CAT-1和CAT-1bis。使用LTE-M作為我們的基線，CAT-1bis比原來(lái)貴20%-50%，而CAT-1比原來(lái)貴80%。LTE-M在設(shè)計(jì)中使用更少的硬件。它的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，部件更少，只有一個(gè)天線，不需要昂貴的、針對(duì)國(guó)家的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)化物流的一個(gè)例子。

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)電方面遠(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，操作成本也較低。

總結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)用設(shè)備是為長(zhǎng)期使用而設(shè)計(jì)的。因此，LTE-M是正確的技術(shù)選擇。不可否認(rèn)的是，LTE-M沒(méi)有CAT-1提供的相同吞吐量。通過(guò)5Mbps的上傳和10Mbps的下載，CAT-1可以比LTE-M的1.2Mbps的上傳和下載速度更快地移動(dòng)數(shù)據(jù)。然而，連接的實(shí)用程序通常不需要CAT-1提供的更高吞吐量。它們可以通過(guò)LTE-M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只部署6RB，這可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)容量減少，以滿足當(dāng)前的需求。這對(duì)于連接的公用事業(yè)用例來(lái)說(shuō)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)提供了更好的延遲，考慮到許多公用事業(yè)電表位于網(wǎng)絡(luò)覆蓋率較低的農(nóng)村地區(qū)，這一點(diǎn)很重要。

考慮到LTE-M被納入5G框架，并將至少持續(xù)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)和智能城市開發(fā)商的明顯選擇。

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