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)提供商關(guān)注的是更高的吞吐量。實(shí)際的設(shè)備推出大約是在五六年后開始的。

　　2016年，在最初的CAT-1定義八年后，CAT-1bis在3GPP版本13中最終敲定。新協(xié)議預(yù)計(jì)將進(jìn)一步降低調(diào)制解調(diào)器的成本，并通過移除第二根天線來簡化設(shè)備。這些技術(shù)遠(yuǎn)比4G/LTE(Cat3及以上)更適合物聯(lián)網(wǎng)，后者是為智能手機(jī)和其他要求苛刻的設(shè)備設(shè)計(jì)的，其高昂的成本和功耗需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了聯(lián)網(wǎng)公用事業(yè)儀表、跟蹤器設(shè)備、醫(yī)療保健設(shè)備和其他應(yīng)用的要求。

　　大約在同一時(shí)間，2016年，LTE-M(CAT-M)的規(guī)格被凍結(jié)，并由3GPP發(fā)布。設(shè)備制造商和芯片組設(shè)計(jì)者一直在爭論哪個(gè)更好。今天，展望未來，很明顯，LTE-M的面向未來的技術(shù)、更好的覆蓋范圍和更低的功率成本應(yīng)該使其成為物聯(lián)網(wǎng)的蜂窩調(diào)制解調(diào)器的選擇。

　　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，這可能是某些應(yīng)用程序所需的，并且在上載或下載大量數(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高容量，因?yàn)樗鼈児逃械卦O(shè)計(jì)為在低數(shù)據(jù)速率下運(yùn)行。因此，這些優(yōu)勢(shì)并不能為智能城市和公用事業(yè)提供一個(gè)令人信服的用例。

　　作為一種替代解決方案，CAT-1bis在網(wǎng)絡(luò)覆蓋和成本方面明顯遜于LTE-M。雖然它們都使用單一天線，但CAT-1bis的網(wǎng)絡(luò)覆蓋降低了9db，而且仍然比LTE-M貴20%-50%。因此，它并沒有提供真正的替代方案。

　　成為5G框架的一部分至關(guān)重要

　　公用事業(yè)設(shè)備設(shè)計(jì)者和智能城市規(guī)劃者希望創(chuàng)造能夠在未來10-15年內(nèi)共享數(shù)據(jù)的互聯(lián)設(shè)備。LTE-M包含在5G框架中。因此，其技術(shù)預(yù)計(jì)將支持到2040年及以后。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未來提供信息。

　　絕對(duì)所有旗艦智能手機(jī)都支持5G功能大約兩年了，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)，它驅(qū)動(dòng)著許多頻譜管理決策。由于所有智能手機(jī)(和新車)都支持5G，世界各地的手機(jī)運(yùn)營商已經(jīng)開始了從LTE到5G的頻譜再造。隨著5G設(shè)備變得商品化，運(yùn)營商將面臨將其頻譜遷移到5G的財(cái)務(wù)壓力。與LTE-M相反，僅由LTE網(wǎng)絡(luò)支持的CAT-1可能會(huì)在2030年完全不受支持。一旦失去這種支持，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，我們看到電信運(yùn)營商和業(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)了物聯(lián)網(wǎng)，讓更多智能城市更接近現(xiàn)實(shí)。具有諷刺意味的是，我們可能會(huì)看到CAT-1抵制者堅(jiān)持使用LTE技術(shù)。由于LTE在短短八年內(nèi)得不到支持，沒有人能保證它的壽命。

　　僅此一點(diǎn)就足以推動(dòng)開發(fā)人員轉(zhuǎn)向LTE-M，然而，LTE-M還有其他有利因素。

　　測(cè)試顯示LTE-M提供更可靠的覆蓋

　　在CE模式A下，我們看到LTE-M比CAT-1有5 dB的改善。CAT-1的雙天線似乎比LTE-M的單天線更有優(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的位。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-1 bis在大約145 dB MCL(最小耦合損耗)時(shí)完全斷開連接，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掉線后也能保持連接。

　　LTE-M在惡劣條件和惡劣覆蓋區(qū)域的擴(kuò)展覆蓋對(duì)于關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用尤為重要，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，由于持續(xù)的住房開發(fā)，植被生長或城市景觀的變化，覆蓋率可能會(huì)下降。

　　LTE-M的構(gòu)建成本更低

　　總體而言，LTE-M的相關(guān)成本顯著低于CAT-1和CAT-1bis。使用LTE-M作為我們的基準(zhǔn)，CAT-1bis要貴20%-50%，CAT-1要貴80%。LTE-M在設(shè)計(jì)中使用更少的硬件。它的設(shè)計(jì)更簡單，元件更少，包括一個(gè)天線，不需要昂貴的特定國家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化物流的一個(gè)例子。

　　LTE-M的運(yùn)營成本也低于其競爭對(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。它降低的功耗不僅延長了電池壽命，而且由于電池?cái)?shù)量減少，運(yùn)行成本也更低。

　　放眼未來

　　物聯(lián)網(wǎng)公用設(shè)備旨在長期使用。因此，LTE-M是正確的技術(shù)選擇。不可否認(rèn)，LTE-M的吞吐量不如CAT-1。憑借5Mbps的上傳和10Mbps的下載，CAT-1可以比LTE-M的1.2Mbps上傳和下載速度(3GPP Release 17)更快地移動(dòng)數(shù)據(jù)。然而，聯(lián)網(wǎng)的公用設(shè)施通常不需要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)容量減少以匹配當(dāng)前需求。這對(duì)于聯(lián)網(wǎng)的公用事業(yè)用例來說已經(jīng)足夠了，并且有助于降低運(yùn)營商的運(yùn)營費(fèi)用。LTE-M在較差的覆蓋區(qū)域提供了更好的延遲，考慮到許多公用事業(yè)電表位于網(wǎng)絡(luò)覆蓋較弱的農(nóng)村地區(qū)，這一點(diǎn)非常重要。

　　考慮到LTE-M包含在5G框架中，并將至少持續(xù)到2040年，成本更低，符合智能公用事業(yè)的要求，因此是公用事業(yè)和智能城市開發(fā)商的顯而易見的選擇。

　　作者:Dima Feldman，索尼半導(dǎo)體以色列公司產(chǎn)品管理和營銷副總裁。