本文將對(duì)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的幾個(gè)關(guān)鍵規(guī)范做一個(gè)概述，可以作為一個(gè)敲門磚，拋磚引玉。

　　1. 物聯(lián)網(wǎng)通訊和LTE的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

　　用在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的技術(shù)解決方案非常多，各種各樣的行業(yè)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)組織都在制定對(duì)應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方案，有的在制定中，有的還在原型測(cè)試，有的具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)方案已經(jīng)在市場(chǎng)中應(yīng)用。表-1-是目前比較流行的物聯(lián)網(wǎng)方案的對(duì)比表，從中可以看到各種物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)。

　　表-1- 主流物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)對(duì)比表

　　物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備其實(shí)主要具備如下6大特點(diǎn)：

　　(1) 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單： 系統(tǒng)復(fù)雜度低能保證IoT設(shè)備在惡劣環(huán)境下正常工作，

　　(2) 成本低廉： IoT設(shè)備一般都是成本低，量很大，

　　(3) 大覆蓋范圍： 要保證一些在地下室的儀表、設(shè)備的數(shù)據(jù)能傳輸出去，

　　(4) 低功耗：大部分應(yīng)用場(chǎng)景都需要使用電池功能，而且需要能工作好幾年，

　　(5) 低速率：比如一些抄表的應(yīng)用中，一天也只需要傳輸幾十個(gè)字節(jié)就足夠了，

　　(6) 海量設(shè)備接入：你可以想象一下一個(gè)小區(qū)里面的各種儀表和機(jī)器的數(shù)量是上萬的。

　　盡管用于物聯(lián)網(wǎng)的通訊技術(shù)很多，但到目前為止也沒看到哪個(gè)技術(shù)有一統(tǒng)江湖的趨勢(shì)。不過這個(gè)局面可能很快就要被打破了，3GPP終于開始在物聯(lián)網(wǎng)方面采取了行動(dòng)，在LTE增強(qiáng)版中制定了Release12和Release13的標(biāo)準(zhǔn)，用來應(yīng)對(duì)各種不同機(jī)器設(shè)備之間的通訊(MTC)和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)需求。

　　對(duì)于3GPP針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)的信息總是很零碎，所以我在這里做一次匯總，希望大家能對(duì)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有個(gè)基本的了解。

　　為什么單純的LTE網(wǎng)絡(luò)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)是不理想的? LTE設(shè)計(jì)時(shí)是為了解決一個(gè)最主要的需求： 它必須足夠快。盡管該技術(shù)可以滿足移動(dòng)寬帶通訊的需求，但是它無法用在別的一些應(yīng)用產(chǎn)品中得到很好的運(yùn)用，比如穿戴式設(shè)備，工業(yè)傳感器，家用電器等等。這種設(shè)備的特點(diǎn)是尺寸小，電池供電，而且經(jīng)常會(huì)被放在諸如地下室等網(wǎng)絡(luò)覆蓋不好或者甚至無信號(hào)的地方。在大多數(shù)情況下，家里的IoT設(shè)備會(huì)利用本地局域網(wǎng)或者一個(gè)附近的IoT集中器，將IoT設(shè)備的數(shù)據(jù)通過WiFi，有線，DSL和光纖轉(zhuǎn)發(fā)出去。但有些情況這種方法不適用，比如，對(duì)于地下室安裝的功率計(jì)或者工業(yè)用的功率計(jì)，所以，最好是能使用現(xiàn)成的蜂窩網(wǎng)絡(luò)作為骨干網(wǎng)。

　　LTE和物聯(lián)網(wǎng)

　　盡管GSM曾經(jīng)是，現(xiàn)在仍舊是很多物聯(lián)網(wǎng)通訊使用的技術(shù)，但是這個(gè)技術(shù)太陳舊，而且很多網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行商遲早會(huì)關(guān)掉它。這樣未來只能在LTE網(wǎng)絡(luò)中增加物聯(lián)網(wǎng)通訊的特功能，但是，LTE當(dāng)初的設(shè)計(jì)并沒有考慮到要在一個(gè)扇區(qū)里面處理成千上萬的機(jī)器設(shè)備，或者支持那些只傳輸很少數(shù)據(jù)的低復(fù)雜度的便宜玩意。在過去的幾年，3GPP對(duì)LTE技術(shù)增加了幾個(gè)增強(qiáng)型的標(biāo)準(zhǔn)，一些做了簡(jiǎn)化，一些是完全新的，用來實(shí)現(xiàn)連接IoT設(shè)備，這些新制定的標(biāo)準(zhǔn)能夠滿足如下幾個(gè)條件：

　　(1) 設(shè)備的射頻模塊成本很低，低于5美金，

　　(2) 室內(nèi)深入覆蓋，以及比現(xiàn)有的LTE更大的覆蓋范圍，

　　(3) 每個(gè)扇區(qū)支持最大50,000個(gè)設(shè)備，這些設(shè)備一天只會(huì)傳很少的字節(jié)，

　　(4) 超低功耗，對(duì)于一天只需要傳幾個(gè)字節(jié)的設(shè)備，電池壽命要最大到10年,

　　(5) 支持設(shè)備在低速率下工作，比如說，最大吞吐量只有幾百K每秒，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單和低成本，而且可以極大的提高射頻的靈敏度(實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的深度覆蓋)。

　　很明顯，單獨(dú)一種IoT射頻標(biāo)準(zhǔn)是不能滿足所有的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的。一些IoT設(shè)備想比較頻繁的傳輸數(shù)據(jù)，比如采用每秒幾百K的速率進(jìn)行傳輸，盡管這樣會(huì)犧牲一些功耗，降低室內(nèi)的覆蓋范圍。一些IoT設(shè)備可能只需要在一天里面?zhèn)鬏?0個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)就夠了，但是這些設(shè)備可能距離基站的距離非常遠(yuǎn)，或者安裝在一些很深的地下室，以至于10或者20MHz帶寬的LTE網(wǎng)絡(luò)是不能覆蓋的。為了滿足這兩種極端情況，3GPP制定了一些增強(qiáng)型的標(biāo)準(zhǔn)：

　　(1) LTE Category 1 這種設(shè)備可以速率達(dá)到10Mbps

　　(2) LTE Category 0 這種設(shè)備速率可以達(dá)到1Mbps

　　(3) LTE Category M1 這種設(shè)備速率可以達(dá)到1Mbps，并且在降低功耗方面上做了優(yōu)化。

　　(4) LTE Category M2 也被稱為Narrow-Band IoT，這種設(shè)備速率只有幾百Kbps，但是在功耗上做了很大的優(yōu)化，并且可以擴(kuò)大室內(nèi)覆蓋范圍。

　　上面四個(gè)類型設(shè)備的共同點(diǎn)是，他們都能和現(xiàn)在部署好的LTE網(wǎng)絡(luò)通訊，只需要對(duì)基站和核心網(wǎng)的軟件進(jìn)行升級(jí)即可。有個(gè)很重要的一點(diǎn)就是，基站可以同時(shí)處理傳統(tǒng)的LTE網(wǎng)絡(luò)、LTE-Advanced移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)、以及上述的增強(qiáng)型物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。簡(jiǎn)言之，就是不需要為IoT物聯(lián)網(wǎng)通訊專門設(shè)計(jì)一個(gè)特有網(wǎng)絡(luò)。

　　2. LTE Cat-1和Cat-0設(shè)備

　　我們先介紹兩個(gè)早期的針對(duì)3GPP針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的通訊規(guī)格，以及他們的應(yīng)用場(chǎng)景。

　　LTE Cat-1 設(shè)備 實(shí)際上在3GPP LTE很早期的標(biāo)準(zhǔn)里，EUTRAN規(guī)范(3GPP Release 8)里面就包含了一種設(shè)備叫Category 1(Cat-1),這種設(shè)備的設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單并且很省電，它的速率最大只能達(dá)到10Mbps。為了降低復(fù)雜度，Cat-1是在2008年唯一種可以使用單天線的設(shè)備類型，也就是說它不支持MIMO(多進(jìn)多出)。這些都是理論描述，但是在過去的8年時(shí)間里,這種類型的設(shè)備不是很受歡迎,以至于在市面上從來沒有見過這種類型的設(shè)備。

　　LTE Cat-0 設(shè)備 and PSM 又過了很多年，3GPP在Release12中更進(jìn)了一步,定義了LTE Category 0(Cat-0)設(shè)備。該設(shè)備的速率被進(jìn)一步裁剪到1Mbps。采用半雙工機(jī)制,盡管是可選特性,但是卻大大降低了成本,復(fù)雜度和功耗，原因是用一個(gè)天線收發(fā)切換開關(guān)(switch)代替了全雙工濾波器,這種機(jī)制使得設(shè)備不能同時(shí)收發(fā)。

　　另外，該標(biāo)準(zhǔn)還定義了省電模式，該模式擴(kuò)展了LTE規(guī)范，增加了一個(gè)射頻接口狀態(tài)。以前的設(shè)備連接模式是這樣的，一種情況是和網(wǎng)絡(luò)建立一個(gè)射頻連接，另一種情況是實(shí)際上沒有建立連接，但是可以通過保持它的IP地址建立一種邏輯上的連接。就算沒有連接，設(shè)備仍舊能收到來自基站發(fā)送的尋呼(paging)包，并被喚醒工作。PSM擴(kuò)展了這個(gè)機(jī)制，PSM規(guī)定設(shè)備可以繼續(xù)保持IP地址，并且可以在一個(gè)非常長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)都不需要接收paging請(qǐng)求，這個(gè)時(shí)間最大可以設(shè)置成12.1天。在PSM狀態(tài)下，設(shè)備甚至不需要定期發(fā)送Tracking Area Updates。這樣做的缺點(diǎn)是，當(dāng)在PSM狀態(tài)時(shí)，設(shè)備是無法通訊的。因?yàn)椴煌膽?yīng)用需要不同的PSM時(shí)間，設(shè)備需要設(shè)置一個(gè)定時(shí)器值，用來控制在進(jìn)入PSM之前需要保持多長(zhǎng)時(shí)間可通訊狀態(tài)。第二個(gè)定時(shí)器值是在LTE Attach Message里面發(fā)送出去的，表示PSM的持續(xù)時(shí)間。網(wǎng)絡(luò)可以在Attach Accept Message里面確認(rèn)和修改這些值。

　　盡管PSM不需要對(duì)射頻接口的物理層進(jìn)行修改，但是需要修改NAS，這樣才能，當(dāng)有數(shù)據(jù)來的時(shí)候，核心網(wǎng)知道哪些設(shè)備是可以通訊的，哪些是不可以的。Cat-1設(shè)備可以工作上現(xiàn)在的所有LTE網(wǎng)絡(luò)中，但是CAT-0設(shè)備只在3GPP 的Release12中規(guī)定，所以在網(wǎng)絡(luò)側(cè)需要進(jìn)行軟件更新才能支持該標(biāo)準(zhǔn)。

　　3. Cat-M1設(shè)備

　　標(biāo)準(zhǔn)LTE設(shè)備的20MHz帶寬是增加LTE產(chǎn)品復(fù)雜度和功耗的一個(gè)主要原因，所有LTE設(shè)備類型的LTE設(shè)備被要求能檢測(cè)控制信道或者在某個(gè)信道接收數(shù)據(jù)，這些信道的帶寬最大能到20MHz這么寬。對(duì)于IoT設(shè)備來說，速率是次要的。

　　LTE Category M1設(shè)備 Cat-M1設(shè)備，是在3GPP Release 13標(biāo)準(zhǔn)中制定的，他的最大工作帶寬只有1.4MHz，所能支持的最大速率是1Mbps。這需要對(duì)LTE的物理層進(jìn)行修改，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的LTE控制信道一般都是工作在標(biāo)準(zhǔn)的LTE信道帶寬(比如說20MHz)。

　　為了滿足Cat-M1設(shè)備的需求，LTE標(biāo)準(zhǔn)新增了幾個(gè)控制信道，這些控制信道對(duì)標(biāo)準(zhǔn)LTE設(shè)備是不可見的，并且?guī)捴挥?.4MHz。要注意的是，LTE總的占用頻譜寬度仍舊是20MHz，但是CAT-M1設(shè)備只占用其中的1.4MHz帶寬。為了能擴(kuò)展扇區(qū)覆蓋范圍或者為了進(jìn)一步改善室內(nèi)覆蓋，信號(hào)信息和用戶數(shù)據(jù)可以重復(fù)傳輸，但是這樣做會(huì)增加額外的冗余。

　　跟CAT-0設(shè)備一樣，CAT-M1類型設(shè)備一樣也要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行軟件升級(jí)。如果不升級(jí)，CAT-M1設(shè)備甚至不能搜索到網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)獒槍?duì)CAT-M1的新的信號(hào)頻道都沒有廣播數(shù)據(jù)出來。

　　很多資料提到了CAT-M設(shè)備，那么CAT-M和CAT-M1之間有什么區(qū)別呢?我覺得他們指的是一個(gè)東西。有些人的觀點(diǎn)是CAT-M被改名成了CAT-M1，因?yàn)?GPP IoT工作組在Release 13規(guī)定中引入了新的窄帶物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)叫NB-IOT，也叫CAT-M2。

　　4. NB-IoT/Cat-M2設(shè)備

　　事實(shí)上，前面的三種類型設(shè)備只是對(duì)現(xiàn)有3GPP LTE標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)枝末節(jié)的修改，NT-IOT工作組致力于提出了一個(gè)更加激進(jìn)的技術(shù)方案。在3GPP內(nèi)部，針對(duì)NO-IOT的技術(shù)方案有幾個(gè)在學(xué)習(xí)研究中，在3GPP TR45.820里面，里面有500多頁(yè)詳細(xì)介紹了這些技術(shù)方案。在2015年9月，3GPP終于達(dá)成了一致， 從中選擇了一種解決方案。關(guān)于這個(gè)決策的細(xì)節(jié)現(xiàn)在歸檔在NB-IOT工作組的描述文檔中，可以參考RP-151620。

　　可以用在任何地方的超窄帶，物聯(lián)網(wǎng)模塊的成本要很低，必須低于5美金一塊，速率可以非常低，這樣可以降低功耗，增強(qiáng)室內(nèi)覆蓋范圍，NB-IoT對(duì)于曾經(jīng)針對(duì)移動(dòng)寬帶應(yīng)用的LTE技術(shù)來說，是一個(gè)革命性的突破：NB-IOT的工作帶寬只有180KHz。這個(gè)帶寬跟移動(dòng)寬帶LTE的20MHz帶寬來說是太小了，更別用說那些三倍于20MHz帶寬的載波聚合設(shè)備，現(xiàn)在的載波聚合設(shè)備可以綁定3個(gè)下行信道。不僅如此，NB-IOT信道也是用和LTE物理層一樣的正交頻分復(fù)用技術(shù)，采用相同的子載波空間，OFDM符號(hào)周期，時(shí)隙格式，時(shí)隙長(zhǎng)度和子幀時(shí)長(zhǎng)，而且還是用相同的LTE的RLC，RRC和MAC協(xié)議。

　　部署靈活和后向兼容 NB-IOT的180KHz帶寬還有一個(gè)很顯著的特點(diǎn)是，它的部署可以有3種不同的方案，如圖-1-所示。一個(gè)方案是在LTE帶寬內(nèi)部署一個(gè)或幾個(gè)NB-IOT信道。第二種方案是使用LTE全信道的保護(hù)信道.第三種方案是直接將一個(gè)GSM信道替換成NB-IOT信道。所有這三種部署都是后向兼容的，也就是說那些不具備NB-IOT特性的LTE設(shè)備將不會(huì)在LTE主信道中看到NB-IOT信道，或者在保護(hù)帶寬里面也看不到。傳統(tǒng)的GSM設(shè)備也不會(huì)在GSM的180KHz載波信號(hào)里面檢測(cè)出NB-IoT載波信號(hào)。這些設(shè)備只會(huì)把NB-IoT信號(hào)識(shí)別成噪音。

　　圖-1- NB-IoT的部署方式

　　海量設(shè)備接入和低速率 除了窄帶寬，NB-IOT的新增信道和訪問管理流程都被設(shè)計(jì)成可以支持在一個(gè)扇區(qū)內(nèi)連接50,000個(gè)設(shè)備，是的，是一個(gè)扇區(qū)，所以你可以想象每個(gè)設(shè)備每天能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是很低的。

　　根據(jù)高通的說法，NB-IoT的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)下行500Kbps和上行40Kbps的速率，前提是信號(hào)質(zhì)量好。這只是理論值，實(shí)際上，由于很多設(shè)備占用一個(gè)信道，所以攤到每個(gè)設(shè)備的速率就更低了、并且NB-IoT的設(shè)計(jì)中專門考慮到信號(hào)強(qiáng)度很低的情況下也能工作，這也不得不犧牲速率來實(shí)現(xiàn)。愛立信的一片論文提出過一個(gè)有趣的計(jì)算，當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度很低的時(shí)候，傳輸一個(gè)小UDP包需要最大7秒的時(shí)間，在這種情況下，每次數(shù)據(jù)交互，(比如基站訪問，帶寬分配，用戶數(shù)據(jù)傳輸和確認(rèn))，都需要重復(fù)好多次。

　　載波的用法 在下行傳輸時(shí)，信道使用OFDM調(diào)制，集成了幾個(gè)15KHz間隔的子載波，也叫作“tones”.在上行傳輸時(shí)，移動(dòng)設(shè)備可以使用標(biāo)準(zhǔn)的15KHz載頻間隔子載波傳輸，或者也可以采用3.75KHz載頻間隔，結(jié)合在LTE里面使用的SC-FDMA調(diào)制。什么時(shí)候采用3.75KHz載頻間隔呢，當(dāng)終端設(shè)備可以接收到來自基站的數(shù)據(jù)，但是由于設(shè)備的小天線、低發(fā)射功率、或者是環(huán)境導(dǎo)致信號(hào)條件惡化等情況時(shí)，往往無法讓基站接收到終端發(fā)出的數(shù)據(jù)。通過使用3.75KHz載頻間隔，可以讓終端設(shè)備的發(fā)射功率更加集中在更窄的帶寬內(nèi)，這樣可以改善線路預(yù)算，提供基站收到數(shù)據(jù)的成功率。一些信號(hào)很低的場(chǎng)景我們叫做“極端覆蓋”，NB-IoT可以工作比GSM臨界工作環(huán)境再惡化20dB的環(huán)境。

　　對(duì)于那些更關(guān)注功耗的終端設(shè)備，NB-IoT定義了Class5設(shè)備，限制了最大發(fā)射功率為20dBm(0.1瓦)。另外，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)射頻環(huán)境和速率要求，設(shè)備可以在單載波或者3、6個(gè)多載波上進(jìn)行通訊。根據(jù)我們前面描述、我們會(huì)發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的LTE信道不會(huì)被用作NB-IOT。盡管一些基本概念(類似隨機(jī)訪問、分派傳輸機(jī)會(huì))是一樣的，但是NB-IoT的信道包格式和信道部署都是全新的。

　　射頻安全性和后向兼容 從射頻安全性的角度看，NB-IoT完全采用了LTE的認(rèn)證、加密機(jī)制，這些機(jī)制依靠SIM卡。小的終端設(shè)備會(huì)采用嵌入式SIM卡，它的作用跟普通的SIM卡一樣，但是尺寸更小，并且可以直接焊在電路板上。NB-IoT無法和LTE、GSM、UMTS后向兼容，所以NB-IoT設(shè)備只能和支持NB-IoT協(xié)議的設(shè)備通訊。在實(shí)際應(yīng)用中，終端設(shè)備可以通過增加必要的電路來支持上面提到的所有標(biāo)準(zhǔn)，但是重選擇和切換是不支持的。

　　總結(jié) 跟3GPP以前制定的那些物聯(lián)網(wǎng)通訊協(xié)議比較，NB-IoT是目前為止最全面，也最接近實(shí)施的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。NB-IoT主要在功耗、成本和低速率上做了優(yōu)化，他為硬件制造商在未來兩年提供了解決方案，也可以讓很多機(jī)器設(shè)備增加通訊的功能，而且還不需要再額外增加本地集中器之類的東西了。表-2-是前面討論的幾個(gè)技術(shù)的參數(shù)對(duì)比。

　　表-2- 蜂窩物聯(lián)網(wǎng)幾個(gè)主流技術(shù)的技術(shù)對(duì)比

　　目前本章中沒提到，但是也是很重要的一點(diǎn)是，NB-IoT的射頻協(xié)議棧的上層也支持IP協(xié)議。由于NB-IoT定義的速率很低、還有我們前面的一個(gè)論文里提到傳輸一個(gè)IP包可能需要7s的時(shí)間，所以TCP傳輸不能適用于大部分的NB-IoT應(yīng)用場(chǎng)景，UDP有可能會(huì)在IoT領(lǐng)域里廣泛采用。但是IP還是很重要的，IoT設(shè)備可以不需要通過某些中間設(shè)備而直接連入Internet。很多用戶和我一樣，希望有種智能設(shè)備，他可以直接進(jìn)行通訊，而不是需要在終端設(shè)備和Internet之間還要有一個(gè)設(shè)備用來翻譯更高層的協(xié)議棧內(nèi)容。

　　從上文我們可以看出，CAT-M1和NB-IoT將會(huì)是目前蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的主宰，但是這兩種究竟用哪個(gè)，還無法確定，所以目前最好的方式是支持這兩種的雙模方式，高通已經(jīng)推出了相應(yīng)的雙模芯片MDM9206，以下文章為高通對(duì)于雙模所做的最新技術(shù)分享

　　多模芯趨勢(shì)：萬物互聯(lián)觸手可及

　　沈磊，高通產(chǎn)品市場(chǎng)高級(jí)總監(jiān)

　　物聯(lián)網(wǎng)是個(gè)很大的詞，還有一種說法叫萬物互聯(lián)，涵蓋面之廣，場(chǎng)景之復(fù)雜，是沒有辦法只通過一個(gè)技術(shù)、一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、一個(gè)系統(tǒng)來提供所有的服務(wù)的。萬物互聯(lián)是非常多樣化的，提供的技術(shù)也是非常靈活的，這就需要根據(jù)實(shí)際的情況配置所需的通信和計(jì)算能力。面對(duì)寬泛多樣的物聯(lián)網(wǎng)，我們簡(jiǎn)單列了幾種連接技術(shù)。例如藍(lán)牙、NFC、ZigBee等短距離的連接技術(shù);在家庭、辦公室、機(jī)場(chǎng)、咖啡廳，使用有增強(qiáng)型的藍(lán)牙或ZigBee、Wi-Fi等局域網(wǎng)連接。當(dāng)然Wi-Fi也有各個(gè)等級(jí)，數(shù)據(jù)率、覆蓋范圍，可以使用802.11ac、802.11a/b/g/n、802.11ax、1x1、2x2，最高級(jí)可以使用802.11ad，Wi-Fi可以在局域網(wǎng)有一個(gè)很好的覆蓋;還有廣域網(wǎng)的連接，例如要把智慧城市，所有路燈、停車場(chǎng)、能源管道都連接起來，就需要一個(gè)廣域網(wǎng)，這就需要蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，也就是大家最熟悉的2G、3G、4G、未來的5G技術(shù)，它是廣域覆蓋、全球范圍內(nèi)最成熟、部署最廣泛的技術(shù)。

　　蜂窩技術(shù)還有一些應(yīng)用，比如說通過無線傳輸電表數(shù)據(jù)打包發(fā)送到電力公司，以及很多其他的技術(shù)，包括有線、無線的，高通這些年積累的，都會(huì)在未來物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)揮很大的作用，如何把這些技術(shù)有機(jī)地整合在一起非常重要。剛才提到很多是蜂窩和非授權(quán)的技術(shù)，非授權(quán)的技術(shù)包括像Zigbee、藍(lán)牙、Wi-Fi等。而專門針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)催生的技術(shù)，包括像Sigfox和像LoRa等900MHz頻段的私有的、非授權(quán)的技術(shù)。

　　物聯(lián)網(wǎng)需要連接，蜂窩技術(shù)是主流

　　那么在蜂窩和非蜂窩的通訊技術(shù)之間怎么選擇?哪一個(gè)是未來的方向?非常自信地講，蜂窩通訊技術(shù)是未來物聯(lián)網(wǎng)連接支撐技術(shù)里絕對(duì)的主流方向。蜂窩通訊技術(shù)從2G、3G、4G到現(xiàn)在30多年發(fā)展下來，它的覆蓋無處不在，它不需要重新部署，大家走到任何一個(gè)地方，你的手機(jī)基本都有信號(hào)。第二，它是授權(quán)頻譜，是運(yùn)營(yíng)商花費(fèi)了很大精力慎重部署的，在連接性、安全、質(zhì)量方面都有充分的保證。此外，說到安全，通過這些年的發(fā)展，蜂窩技術(shù)從核心網(wǎng)到接收網(wǎng)到手機(jī)，整個(gè)鏈路上已經(jīng)有多層的加密機(jī)制，做了大量的安全積累。最后，相當(dāng)重要的一點(diǎn)，這個(gè)行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的從業(yè)者非常多，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)有全球主流的基礎(chǔ)設(shè)施廠商，終端側(cè)有眾多的手機(jī)廠商，在芯片側(cè)有高通等很多從業(yè)者，大家從標(biāo)準(zhǔn)的制定到技術(shù)的發(fā)展和驗(yàn)證，到產(chǎn)品的研發(fā)和上市，以及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)、整個(gè)手機(jī)的優(yōu)化和完善，一直在做這方面的工作。世界上最大的一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，花了長(zhǎng)時(shí)間不斷地積累和完善，讓蜂窩技術(shù)成為最為可靠、最為完善、最為可用的技術(shù)。

　　蜂窩技術(shù)從2G的GSM、GPRS、EDGE到3G的WCDMA、EV-DO發(fā)展到4G LTE、4G+、載波聚合等，這東西是不是可以直接用到物聯(lián)網(wǎng)上?其實(shí)不是的。因?yàn)檫@些東西都是針對(duì)人與人的通信，針對(duì)手機(jī)設(shè)計(jì)的，但是物聯(lián)網(wǎng)提出的要求和手機(jī)是有比較大的區(qū)別的。所以在2016年6月，全球標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP組織在比較短時(shí)間里面，制定了兩個(gè)新的蜂窩技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，還是屬于4G無線通訊或者LTE的范疇。這兩個(gè)技術(shù)，根據(jù)3GPP組織的名稱，一個(gè)叫Cat-M1 (也叫eMTC)，另一個(gè)叫Cat-NB1 (也叫NB-IoT) 。有了這兩個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之后，后面做基站、做芯片、做應(yīng)用服務(wù)的，大家都會(huì)跟進(jìn)。

　　Cat-M1和Cat-NB1技術(shù)相輔相成，完善產(chǎn)業(yè)鏈和應(yīng)用服務(wù)

　　和一路往上走的Cat.6、Cat.12、Cat.16、Cat.18相反，這兩個(gè)技術(shù)往下走，主要任務(wù)是降低系統(tǒng)復(fù)雜度和降低系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)的續(xù)航時(shí)間;去掉不需要的高數(shù)據(jù)率、高移動(dòng)性、超強(qiáng)傳輸能力，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的要求度身定制，達(dá)到提升電池壽命、降低成本、提升小區(qū)內(nèi)部署總量的要求，實(shí)現(xiàn)其他的益處。

　　那這兩種技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)4G調(diào)制解調(diào)器的海量部署、規(guī)模經(jīng)濟(jì)和超長(zhǎng)生命周期的呢?主要方法是降低復(fù)雜度。

　　首先，就要放棄掉原來LTE對(duì)數(shù)據(jù)速率的追求，絕大部分物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用并不需要超高的數(shù)據(jù)率。絕大部分物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在1Mbps或者幾百kbps、幾十kbps就夠用了。另外一個(gè)復(fù)雜度的降低來自于帶寬。大家知道一個(gè)LTE載波是20MHz，而到物聯(lián)網(wǎng)帶寬有了明顯的下降：Cat-M1只需要1.4MHz系統(tǒng)就夠了，Cat-NB1需要200KHz，所需帶寬非常窄，部署起來也比較容易。所以方法其實(shí)非常靈活。Cat-M1和Cat-NB1可以支持半雙工，先下行或者上行，不會(huì)并行收發(fā)。在部署的模式上，Cat-M1在FDD或者TDD都可以部署，Cat-NB1到現(xiàn)在為止只能部署FDD。半雙工、雙工也主要為了降低系統(tǒng)的成本和芯片復(fù)雜程度，從濾波器方面可以大幅度降低成本。

　　還有一個(gè)降低系統(tǒng)復(fù)雜度的關(guān)鍵因素就是移動(dòng)性。NB-IoT沒有移動(dòng)性，那我只能站在固定的點(diǎn)上傳數(shù)據(jù)，在有服務(wù)的小區(qū)才可以工作;而Cat-M1則有比較充足的移動(dòng)性，能保證從一個(gè)蜂窩走到另外一個(gè)蜂窩的時(shí)候，經(jīng)歷了跨基站切換，也有一套機(jī)制保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不會(huì)被切斷，到了其他的小區(qū)也一切如常，這就是移動(dòng)性。

　　另外還有一點(diǎn)是語(yǔ)音。VoLTE就是LTE語(yǔ)音。為了降低成本和復(fù)雜程度，Cat-NB1完全沒有任何語(yǔ)音，而Cat-M1還保留了VoLTE。這個(gè)也很重要，在一些異常情況發(fā)生時(shí)你第一個(gè)想法一是打電話求助，到最關(guān)鍵的時(shí)候還是需要語(yǔ)音傳輸。

　　還有一點(diǎn)就是部署的密度，就是一個(gè)小區(qū)里面能放多少節(jié)點(diǎn)、模塊。原來手機(jī)是幾百、上千的數(shù)量級(jí)，但在LTE物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中，一個(gè)小區(qū)里面基本是上千上萬或者更多的海量部署。

　　另外要提一下穿透性，這兩種技術(shù)相比原來傳統(tǒng)LTE穿透性明顯提高。比如停車位的智能模塊，既要傳數(shù)據(jù)還要有傳感器，而這個(gè)設(shè)計(jì)可能需要放在地下三層的停車位的水泥地以下，所需要的穿墻的能力和手機(jī)相比也有明顯提高。所以這兩種技術(shù)在穿透性上都有提升，Cat-M1穿墻的能力明顯增強(qiáng)。Cat-NB1因?yàn)樗艽蟪潭仁轻槍?duì)表計(jì)類來設(shè)計(jì)的，所以對(duì)穿墻能力要求更高。

　　此外，和LTE比，Cat-M1、Cat-NB1另外的增強(qiáng)點(diǎn)就是充一次電能撐得更久。Cat-M1和Cat-NB1要求充一次電用到五到十年、或者十年以上。第一是因?yàn)樗鼈兪呛Ａ坎渴?，第二是因?yàn)檫@些模塊要嵌入到墻里面、地板下面、機(jī)器里面，成本都很高,要整修就要耗費(fèi)巨大的成本。

　　還有一個(gè)重要的考慮點(diǎn)，有沒有軟件升級(jí)能力。Cat-NB1下行只有20kbps，大概就是15年前、20年前撥號(hào)上網(wǎng)的速度。這個(gè)東西要裝到墻里后，運(yùn)營(yíng)商的思路改變了，要進(jìn)行軟件升級(jí)，對(duì)時(shí)間和經(jīng)費(fèi)都是巨大的損耗。而Cat-M1的速率是兆級(jí)(1Mbps)，可以用幾分鐘或者半個(gè)小時(shí)的時(shí)間升級(jí)固件，所以Cat-M1在升級(jí)維護(hù)上有明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　很多不同運(yùn)營(yíng)商投入Cat-NB1和Cat-M1，基本上全球的運(yùn)營(yíng)都處于同時(shí)測(cè)試、認(rèn)證這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)?，F(xiàn)在市場(chǎng)還沒有真正發(fā)展起來，還處于嘗試商業(yè)模式的階段，服務(wù)也沒被創(chuàng)造出來。另外，這兩個(gè)技術(shù)非常新，它的能力還需要在未來各種應(yīng)用服務(wù)中驗(yàn)證。同時(shí)每個(gè)運(yùn)營(yíng)商的頻段模式還有不同的要求，部署這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)運(yùn)營(yíng)商而言也是巨大的投入，運(yùn)營(yíng)商要先充分測(cè)試。目前，全球的主流運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)確認(rèn)會(huì)部署Cat-M1，基本可以看到北美、歐洲、日本、澳大利亞都在部署。中國(guó)的運(yùn)營(yíng)商也在進(jìn)行Cat-M1測(cè)試，和Cat-NB1是并行的。

　　Cat-NB1基本上是把LTE的能力壓縮到極致了，它追求的是最低的成本，最長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間，主要是低成本，它沒有移動(dòng)性、沒有語(yǔ)音、數(shù)據(jù)率非常低，它比較適合對(duì)成本很敏感、海量的數(shù)據(jù)、但是單個(gè)能力要求比較弱的應(yīng)用。大家會(huì)聯(lián)想到各種表計(jì)類、環(huán)境監(jiān)控、簡(jiǎn)單的停車控制、樓宇里面簡(jiǎn)單的大門開關(guān)等比較簡(jiǎn)單的用例。如果需要更智能、需要傳輸數(shù)據(jù)、人員參與、語(yǔ)音、移動(dòng)性的應(yīng)用場(chǎng)景，Cat-NB1就力不從心了。此外，Cat-NB1的響應(yīng)速度也是比較差的，不要期望Cat-NB1帶來很實(shí)時(shí)的響應(yīng)，有些關(guān)鍵業(yè)務(wù)。

　　未來物聯(lián)網(wǎng)必選：多模多頻

　　說到Cat-M1和Cat-NB1這兩個(gè)模式能力有重疊，但很多時(shí)候也是錯(cuò)開、互補(bǔ)的，未來應(yīng)用各不相同。最好的辦法是把兩種模式都放在一起，會(huì)帶來非常多的益處。

　　圖上深紅色代表的是Cat-M1技術(shù)，它強(qiáng)調(diào)的是移動(dòng)性和較高的數(shù)據(jù)速率，但其在網(wǎng)絡(luò)覆蓋和功耗上遜于Cat-NB1。而圖上淺色區(qū)域代表的是Cat-NB1技術(shù)，該技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)覆蓋、功耗、部署靈活性，以及成本優(yōu)化方面相較Cat-M1表現(xiàn)更好。Cat-M1和Cat-NB1兩種技術(shù)優(yōu)勢(shì)有所不同，因此客戶在選擇應(yīng)用服務(wù)或者網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)，只能根據(jù)相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行選擇，但要非常精準(zhǔn)預(yù)測(cè)未來3年、5年或15年之后所部署的服務(wù)和采用的技術(shù)，是很難做到的。

　　但是，如果無論未來相關(guān)的條件發(fā)生什么變化，模塊總能夠很容易滿足各類需求和調(diào)整，并可以通過升級(jí)軟件應(yīng)對(duì)相關(guān)調(diào)整，那說的就是雙模模塊的原理。如果將Cat-M1和Cat-NB1集成于一個(gè)模塊中，兩個(gè)技術(shù)擁有的優(yōu)勢(shì)在雙模中仍然存在，優(yōu)勢(shì)重疊。從總體成本來考慮，擁有靈活的實(shí)用性可以降低重復(fù)部署、動(dòng)工和升級(jí)相關(guān)占比較大的成本。

　　而在雙模的基礎(chǔ)上還有全球雙模技術(shù)，意味著這兩個(gè)模式也能夠部署在4G LTE的頻段上。目前已知的主流頻段大約有15-16個(gè)，但其實(shí)可能有超過30個(gè)潛在頻段要對(duì)其進(jìn)行部署。如果有一個(gè)模塊同時(shí)擁有這兩種技術(shù)并支持所有頻段，那么該模塊可以在全球任何應(yīng)用場(chǎng)景部署。無論未來的網(wǎng)絡(luò)制式或頻段如何調(diào)整，該模塊仍然可以工作。通過安裝一次可以獲得十年的工作生命周期，就能抵消任何不確定性和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整的可能性。

　　而高通則一直致力促成全球多模、多頻的模塊設(shè)計(jì)。目前已經(jīng)可以為客戶提供的模塊也是多模、多頻的全球模塊，這個(gè)概念受到了廣大芯片廠商和系統(tǒng)廠商的歡迎。這是因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)商需要重大的投入，并非常依靠物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，那么運(yùn)營(yíng)商可以利用雙模多頻的模塊，通過時(shí)間充分去驗(yàn)證這兩個(gè)技術(shù)，并進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，從而推測(cè)哪個(gè)生意模式能夠成功。高通在芯片和模塊致力于通過一個(gè)模塊支持所有的模式，支持Cat-M1和Cat-NB1。通過一個(gè)可隨時(shí)的升級(jí)的軟件，以及一套支持所有已知的中頻和低頻頻段的射頻這三樣關(guān)鍵技術(shù)，保障未來。

　　高通剛剛推出的為Cat-M1和Cat-NB1定制的多模多頻的芯片稱為MDM9206，其優(yōu)勢(shì)在于，首先它支持該Cat-M1和Cat-NB1兩種模式，高通在3GPP標(biāo)準(zhǔn)中是一個(gè)積極的貢獻(xiàn)者。無論對(duì)于技術(shù)的驗(yàn)證，還是對(duì)于芯片的開發(fā)，高通均位于行業(yè)的前列。該芯片支持Cat-M1、Cat-NB1的全球所有頻段。除此之外，得益于高通在定位系統(tǒng)的出色表現(xiàn)，MDM9206還集成了GPS、格納洛斯、北斗以及伽利略全球?qū)Ш叫l(wèi)星定位服務(wù)，并且不需要通過任何附加的芯片或者接收器，而是直接嵌入到該芯片中，并且與高通的4G功能充分整合。試想一下未來的共享單車、車聯(lián)網(wǎng)或者是追蹤器，主要針對(duì)具有移動(dòng)性的使用場(chǎng)景，可以通過其定位功能馬上展現(xiàn)不一樣的能力。

　　該模塊一定要和傳感器結(jié)合在一起，而傳感器要放在一個(gè)系統(tǒng)控制器上，從而處理讀取的各種數(shù)據(jù)，并將處理過后的再通過調(diào)制解調(diào)器發(fā)到云端，并通過云端在發(fā)給用戶各類應(yīng)用。因此高通認(rèn)為可以將處理器集成在模塊里，無需再外掛處理器。所以高通同時(shí)在MDM9206中集成了Cortex A7處理器。此外，該模塊還支持Linux操作系統(tǒng)和Thread操作系統(tǒng)。MDM9206擁有處理器、操作系統(tǒng)以及很多硬件的接口，還擁有掛靠傳感器的接口。因此MDM9206不僅是通信芯片，也是一個(gè)系統(tǒng)控制器。用戶可以發(fā)出命令，收起窗簾，操作噴水，也可以打開LED燈，這些都可以通過MDM9206實(shí)現(xiàn)。所以它可以被視作為一個(gè)小型SoC，具備計(jì)算的能力。

　　此外，MDM9206還支持語(yǔ)音功能，這兩種技術(shù)里面都具備省電模式和eDRX，這些技術(shù)均來自LTE演進(jìn)，并進(jìn)行了了調(diào)整。高通在LTE網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域耕耘了很久，我們對(duì)這些技術(shù)非常熟知。而高通在VoLTE、4G語(yǔ)音以及省電模式上的技術(shù)也都是行業(yè)領(lǐng)先的。高通和所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)營(yíng)商以及全球運(yùn)營(yíng)商做了大量的研討，針對(duì)4G技術(shù)都做了常年的優(yōu)化和測(cè)試，其表現(xiàn)非常穩(wěn)定、成熟和高效。

　　在調(diào)制解調(diào)器之外，高通為支持模塊也做了大量的集成，因此MDM9206還是比較受歡迎的。高通不久之前和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商愛立信以及北美運(yùn)營(yíng)商AT&T基于Cat-M1進(jìn)行了語(yǔ)音的測(cè)試，獲得了很好的測(cè)試效果。

　　此外，高通還和合作伙伴密切合作，進(jìn)行了一系列基于該芯片的認(rèn)證工作。高通和中國(guó)移動(dòng)、愛立信在去年年底進(jìn)行了Cat-M1的試驗(yàn)。高通也和中國(guó)移動(dòng)簽署了戰(zhàn)略諒解備忘錄，和中國(guó)聯(lián)通以及愛立信也完成了Cat-M1的測(cè)試，本月和華為共同宣布首次打通TDD eMTC標(biāo)準(zhǔn)空口 First Call，因?yàn)槿A為也有Cat-M1 TDD模式空口的試驗(yàn)，雙方合作取得了好的結(jié)果。

　　MDM9206芯片具有多模多頻，并集成了CPU和定位技術(shù)，在主流運(yùn)營(yíng)商中其采用度非常高，絕大部分客戶是模塊OEM廠商。目前主流做模塊OEM廠商基本都在用MDM9206芯片開發(fā)模塊。另外，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈和手機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈不太一樣，物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈要長(zhǎng)的多，有的企業(yè)做芯片，進(jìn)而賣給模塊廠商做各種各樣的模塊。模塊廠商做個(gè)次級(jí)廠商，并在機(jī)器上集成傳感器，次級(jí)廠商再將產(chǎn)品賣到各類產(chǎn)品中，在硬件上需要一層層完成。而產(chǎn)品上還要積累六到七層不同的軟件，有操作系統(tǒng)、安全軟件、產(chǎn)品管理等等，最后達(dá)到完善的服務(wù)，因此軟件硬件都是很長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈。總體而言，高通的直接客戶模塊OEM廠商基本上對(duì)于MDM9206采用度非常高，該芯片應(yīng)該是全球采用度最高的物聯(lián)網(wǎng)芯片之一。

　　5G也是一個(gè)熱點(diǎn)，大概在2019年到2020年開始起步。高通對(duì)5G三個(gè)大的愿景：第一是增強(qiáng)型的寬帶，通訊數(shù)據(jù)率將再上一個(gè)臺(tái)階，現(xiàn)在速率能達(dá)到千兆級(jí)1Gbps，5G要達(dá)到10Gbps，其速率非?？臁５诙鲫P(guān)鍵業(yè)務(wù)型服務(wù)，在將來可以執(zhí)行非常復(fù)雜的任務(wù)，例如無人駕駛、醫(yī)療以及救援等工作，這對(duì)實(shí)時(shí)度和可靠性要求極高。第三個(gè)方向是海量物聯(lián)網(wǎng)，其裝機(jī)數(shù)量、能力和可靠度主要是體現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)中。5G的第三個(gè)愿景，要在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域比4G Cat-M1和Cat-NB1再上一個(gè)臺(tái)階，還在做規(guī)格和技術(shù)方面的探討，但愿景是清楚的，5G比4G這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)要再上一個(gè)臺(tái)階。4G通過后面三到四年，Cat-M1和Cat-NB1兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通過行業(yè)的培育，大家會(huì)看到非常蓬勃的、改變生活的行業(yè)應(yīng)用服務(wù)都成長(zhǎng)起來。因此對(duì)于未來5G來說，4G Cat-M1和Cat-NB1成引導(dǎo)作用。

　　簡(jiǎn)單總結(jié)一下，物聯(lián)網(wǎng)一定會(huì)有重大發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)需要連接，因?yàn)闆]有連接這么大的網(wǎng)絡(luò)無法運(yùn)轉(zhuǎn)。而連接性基于蜂窩技術(shù)即4G或者LTE IoT，一定是最主流的技術(shù)。其中包括Cat-M1和Cat-NB1，這兩個(gè)技術(shù)相輔相成，并且有一定的重疊和交錯(cuò)，同時(shí)也有不同的用戶，但是兩種技術(shù)在以后同時(shí)被應(yīng)用，在很大程度上完善整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈和各種應(yīng)用服務(wù)是可預(yù)見的。

　　針對(duì)未來的不確定性，最好的辦法節(jié)是采納多模多頻的方式，高通擁有MDM9206芯片，目前已支持Cat-M1模式，而2017年中對(duì)所有模式(Cat-M1/NB1/E-GPRS)的支持、頻段的支持及性能都會(huì)達(dá)到商業(yè)交付的水平，是比較具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。