LTE-M——提供面向未來的物聯(lián)網

　　CAT-1 LTE調制解調器最初于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據量的物聯(lián)網設備。然而，當時的供應商和網絡提供商關注的是更高的吞吐量。實際的設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)議預計將進一步降低調制解調器的成本，并通過移除第二根天線來簡化設備。這些技術遠比4G/LTE(Cat3及以上)更適合物聯(lián)網，后者是為智能手機和其他要求苛刻的設備設計的，其高昂的成本和功耗需求遠遠超出了聯(lián)網公用事業(yè)儀表、跟蹤器設備、醫(yī)療保健設備和其他應用的要求。

　　大約在同一時間，2016年，LTE-M(CAT-M)的規(guī)格被凍結，并由3GPP發(fā)布。設備制造商和芯片組設計者一直在爭論哪個更好。今天，展望未來，很明顯，LTE-M的面向未來的技術、更好的覆蓋范圍和更低的功率成本應該使其成為物聯(lián)網的蜂窩調制解調器的選擇。

　　與LTE-M相比，CAT-1有幾個關鍵優(yōu)勢。它提供了更高的最大吞吐量，這可能是某些應用程序所需的，并且在上載或下載大量數據時功耗更低(傳輸速度更快，時間更短)，以及略低的延遲。然而，大多數物聯(lián)網設備很少需要高吞吐量或高容量，因為它們固有地設計為在低數據速率下運行。因此，這些優(yōu)勢并不能為智能城市和公用事業(yè)提供一個令人信服的用例。

　　作為一種替代解決方案，CAT-1bis在網絡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的網絡覆蓋降低了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框架的一部分至關重要

　　公用事業(yè)設備設計者和智能城市規(guī)劃者希望創(chuàng)造能夠在未來10-15年內共享數據的互聯(lián)設備。LTE-M包含在5G框架中。因此，其技術預計將支持到2040年及以后。智能電表和其他關鍵基礎設施應用將繼續(xù)向可預見的5G未來提供信息。

　　絕對所有旗艦智能手機都支持5G功能大約兩年了，5G正在成為任何新智能手機的標準功能。對于運營商來說，智能手機連接是當今的一項主要業(yè)務，它驅動著許多頻譜管理決策。由于所有智能手機(和新車)都支持5G，世界各地的手機運營商已經開始了從LTE到5G的頻譜再造。隨著5G設備變得商品化，運營商將面臨將其頻譜遷移到5G的財務壓力。與LTE-M相反，僅由LTE網絡支持的CAT-1可能會在2030年完全不受支持。一旦失去這種支持，帶有CAT-1的設備將無法傳輸數據，需要更換。

　　在十年的大部分時間里，我們看到電信運營商和業(yè)內人士提出了他們對5G的愿景。這一愿景正在全球范圍內實現(xiàn)，增強了物聯(lián)網，讓更多智能城市更接近現(xiàn)實。具有諷刺意味的是，我們可能會看到CAT-1抵制者堅持使用LTE技術。由于LTE在短短八年內得不到支持，沒有人能保證它的壽命。

　　僅此一點就足以推動開發(fā)人員轉向LTE-M，然而，LTE-M還有其他有利因素。

　　測試顯示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。

　　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)時完全斷開連接，CAT-1在大約149 dB時失去連接。另一方面，LTE-M能夠將其連接保持在低至154 dB CL。

　　實際上，LTE-M是一種更強大的解決方案，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)域的擴展覆蓋對于關鍵基礎設施應用尤為重要，因為設備經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，覆蓋率可能會下降。

　　LTE-M的構建成本更低

　　總體而言，LTE-M的相關成本顯著低于CAT-1和CAT-1bis。使用LTE-M作為我們的基準，CAT-1bis要貴20%-50%，CAT-1要貴80%。LTE-M在設計中使用更少的硬件。它的設計更簡單，元件更少，包括一個天線，不需要昂貴的特定國家SAW濾波器，從而實現(xiàn)ONESKU解決方案。這是規(guī)模經濟有助于降低成本和簡化物流的一個例子。

　　LTE-M的運營成本也低于其競爭對手的技術。LTE-M在節(jié)能方面遠遠優(yōu)于CAT-1和CAT-1bis。它降低的功耗不僅延長了電池壽命，而且由于電池數量減少，運行成本也更低。

　　放眼未來

　　物聯(lián)網公用設備旨在長期使用。因此，LTE-M是正確的技術選擇。不可否認，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)更快地移動數據。然而，聯(lián)網的公用設施通常不需要CAT-1提供的更高吞吐量。他們可以通過LTE-M同樣有效地傳輸數據。

　　這兩種技術也具有相當的網絡容量，盡管在實踐中，LTE-M僅部署6RB，這可能導致網絡容量減少以匹配當前需求。這對于聯(lián)網的公用事業(yè)用例來說已經足夠了，并且有助于降低運營商的運營費用。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)電表位于網絡覆蓋較弱的農村地區(qū)，這一點非常重要。

　　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，索尼半導體以色列公司產品管理和營銷副總裁。