【摘要】：Cat.0實現(xiàn)更低功耗、更低成本物聯(lián)網(wǎng)設備連接到LTE網(wǎng)絡，兩節(jié)普通5號電池可以用10年以上！
在介紹Cat.0之前，我們來看一下移動通信技術遵循的發(fā)展規(guī)律：每10年經(jīng)歷一次跨越。
伴隨著移動通訊技術發(fā)展的是不斷壯大的物聯(lián)網(wǎng)市場，思科去年就發(fā)布調(diào)研報告稱，到2020年，將有500億設備接入互聯(lián)網(wǎng)，市場規(guī)模將達到19萬億美元；IDC報告則指出，到2020年，全球的物聯(lián)網(wǎng)市場將有300億設備接入互聯(lián)網(wǎng)。
各家的預測數(shù)字雖有所不同，但一致的是大都持著樂觀的態(tài)度，看好物聯(lián)網(wǎng)市場。蓋茨他老人家不是也說了嗎：“誰把物聯(lián)網(wǎng)吃透了就是下一個世界首富�！�
我們先來做個計算題，假設思科的預測準確，500億接入設備中，刨去100億連接手機和PC，剩下的400億去直接連接互（物）聯(lián)網(wǎng)，按照目前的技術水平，在理想情況下，全球的蜂窩網(wǎng)絡估計也只能容納2%（約8億）的物聯(lián)網(wǎng)設備接入。
8億？截至2015年12月底，我國手機用戶數(shù)達13.06億戶，也就是說一個中國的手機用戶數(shù)就能把全球所有預留給物聯(lián)網(wǎng)設備的蜂窩網(wǎng)沖垮了……
有人可能會覺得思科的500億的預測太過于理想化，萬一未來像IDC預測的那樣呢？刨去100億也有200億的沖擊力。另外，M2M設備通信領域深耕多年的宏電首席技術官還給出了兩個重要因素。第一，撇開蜂窩網(wǎng)技術，支持物聯(lián)網(wǎng)無線通訊接入的技術還有很多，比如大家熟悉的藍牙、zigbee、802.11ac等，可見，物聯(lián)網(wǎng)設備給予互聯(lián)網(wǎng)的壓力巨大。所以，光指著蜂窩網(wǎng)絡顯然是捉襟見肘的，或者說用現(xiàn)有的Cat.1-10規(guī)范是不切實際的。第二，資源利用率的問題，一臺低流量的物聯(lián)網(wǎng)設備通過Cat.1-10的帶寬上網(wǎng)，就好比一輛自行車走在高速公路上，實在有點大材小用。
如此一來，就需要一個新的UE-Category規(guī)范。它需要完全打翻現(xiàn)有追求高無線性能的向上堆疊，而是向下做有針對性的耦合，獨立于Cat.1-10（準確來講應該是Cat.2-10），那么，Cat.1再往下就是Cat.0了。
那么，什么是Cat.0？
Cat.即UE-Category，主要定義了UE終端能支持的上下行速率。根據(jù)3GPP的定義，UE-Category分為1~10共10個等級，其中Cat.1-5為R8定義，Cat.6-8為R10定義，Cat.9-10為R11定義。
由圖可見，Cat.1-8上下行速率依次遞增。Cat.0將是比cat.1上下行速率更低的等級。
據(jù)宏電透露，目前物聯(lián)網(wǎng)市場上LTE MTC技術處于起步階段，絕大多數(shù)的廠家采用了規(guī)避方案實現(xiàn)Cat.1的產(chǎn)品，即使用Cat.4降速支持Cat.1，但該方案對于功耗和成本問題均沒有實現(xiàn)徹底解決。盡管如此，在巨大市場蛋糕的誘惑下，真正的Cat.0問世也只是時間問題，這個時間不會太久，它一定會趕在真正的市場需求爆發(fā)之前出來。
Cat.0實現(xiàn)更低功耗、更低成本物聯(lián)網(wǎng)設備連接到LTE網(wǎng)絡
為了達到這個目標，LTE-M(M2M)必須對LTE網(wǎng)絡進行幾個方面的優(yōu)化：
1)設備成本
盡管大量設備接入帶來巨大價值，但是，連接設備的成本卻是一個大問題。 連接蜂窩網(wǎng)絡的設備需要芯片支持，為了支持高清視頻、在線游戲，目前LTE芯片主要支持幾十到幾百Mpbs的高速高性能LTE網(wǎng)絡。芯片支持的速率越高，硬件就越復雜，成本也就越高。物聯(lián)網(wǎng)M2M應用并不需要這么高的速率，甚至有些設備間連接只需要幾百bps就夠了。因此，為了減小設備成本，就得簡化芯片來滿足物聯(lián)網(wǎng)M2M應用需求。
為了減少設備成本，R12就制定了Cat.0終端等級，實際上，Cat.0指的就是低成本的M2M設備。為了降低設備復雜性和減小設備成本，Cat.0定義了一系列的簡化方案，主要包括：
1. 半雙工FDD模式(Half duplex FDD).
半雙工FDD模式允許在FDD模式下時分復用。
2.減小設備接收帶寬到1.4MHz，當然，也可以擴到20MHz。
3.單接收通路，取消RX分集雙通路。
4.低速數(shù)據(jù)速率。不僅降低速率需求，處理器計算能力和存儲能力也相對降低。
在R13版本還會有進一步的優(yōu)化，比如取消發(fā)射分集，不再支持MIMO，支持小于1.4MHz更低的帶寬，支持更低的數(shù)據(jù)速率。
關于Cat.0、Cat.1、Cat.4和R13版本的Cat.的特征比較如下圖：
為了面向物聯(lián)網(wǎng)，降低設備成本，除了定義Cat.0終端設備等級外，還需要對電池使用時長和覆蓋進行優(yōu)化。
2)電池壽命
物聯(lián)網(wǎng)設備遍布各行各業(yè)的各個角落，不可能像我們的手機一樣每天為其充電，甚至每個月充一次電的維護成本也是不敢想象的。一些設備需要長期保持運行狀態(tài)，一旦電池耗盡，通信中斷，可能會導致重大損失。比如，應用于山洪預警的設備直接將信號傳送至預警控制中心。超長的電池使用時間，就顯得尤為重要。
為了省電，R12采用一種叫power saving mode (PSM，省電模式) 的方案。如果設備支持PSM，在附著或TAU(Tracking Area Update)過程中，PSM向網(wǎng)絡申請一個激活定時器值。當設備從連接狀態(tài)轉(zhuǎn)移到空閑狀態(tài)后，該定時器開始運行。當定時器終止，設備進入省電模式。當設備進入省電模式，設備不再接收尋呼消息，看起來設備和網(wǎng)絡失聯(lián)，但設備仍然注冊在網(wǎng)絡中。設備將一直保持這種省電模式，直到設備需要主動向網(wǎng)絡發(fā)送信息(比如周期性TAU，發(fā)送上行數(shù)據(jù)等)。
據(jù)說，采用這種方案，兩節(jié)5號電池可以用10年以上。
如上圖，如果DRX不連續(xù)接收循環(huán)為10分鐘，設備每周上傳一次數(shù)據(jù)，這樣，兩節(jié)5號電池可以用132月(11年)之久。
3)增強覆蓋
對于物聯(lián)網(wǎng)M2M應用，覆蓋同樣非常重要。一個簡單的例子，智能水表都安裝在地下室或建筑物內(nèi)隱蔽的地方。由于信號衰減，通常這些地方信號偏弱。所以，需要提升增強網(wǎng)絡覆蓋來應對物聯(lián)網(wǎng)。
在增強覆蓋方面，LTE-M采用的技術包括：放大數(shù)據(jù)和參考信號發(fā)射功率、重傳、和降低性能需求，比如，允許更長時延和更高的誤碼率。采用這些技術，覆蓋性能可以提升20dB。
宏電最后還提到，當我們在要求手機或者平板上網(wǎng)速度更快，再給點力點時，物聯(lián)網(wǎng)卻不停在喊，慢點，再慢點。萬億級物聯(lián)網(wǎng)市場撲面而來，低速率、低功耗的cat.0模塊產(chǎn)品顯然會成為香饃饃。也許將來3GPP還會定義一個比Cat.0更低的等級。
