近期在物聯網與通信圈，除了5G技術之外，LTE Cat.1風頭正盛。一些芯片公司、模組公司分別發佈Cat.1的新品，產業各方也紛紛對Cat.1進行解讀，頗有“亂花漸欲迷人眼”之勢。Cat.1的春天來了嗎？
要知道，技術生來是要為應用來服務的，一個技術的興起到規模商用，首先要找到對的場景。有了對的場景，還要受到產業政策、產業鏈成熟度、獲得成本等諸多因素影響，尤其在蜂窩通信方面，網絡是由運營商建設和運維的，其覆蓋、容量、資費等多方面因素都會對技術的應用部署產生直接影響。
今天，本著實事求是、為廣大物聯網應用廠商答疑解惑的態度，我們來深入探究一下，在當前紛紛攘攘的外象下，企業是否到了選擇商用部署Cat.1的最好時機。
一、2G面臨退網的大背景下， NB-IoT是最佳替代技術，Cat.1可做補充
隨著VoLTE的成熟，2G網絡語音業務逐步被4G所替代，2G網絡基本成為長週期低ARPU值的物聯網應用為主。從運營商的角度來看，2G佔據了優秀的低頻資源，但頻譜利用效率很低。運營商2G/3G/4G/5G“四代同堂”，對網絡維護和運營也帶來不小的壓力。
對此，2019年10月，工信部信息通信發展司已經明確表示，2G、3G的退網是移動通信更新換代的必然選擇，中國的移動通信網絡2G、3G退網的條件已經逐漸成熟。在2G承載的物聯網連接轉移上，由NB-IoT和LTE分擔再合適不過，LTE Cat.1因此也正式被再度“提”上日程。
LTE Cat.1不是一個新的技術，早在2009年發佈的3GPP Release 8中被正式定義了，並在2016年發佈的3GPP Release13中補充了LTE Cat.1 bis，與Cat.1全兼容。在通信技術飛速發展的時代，Cat.1已經不折不扣的是個“老人”了，但從確立標準到現在一直沒有很好的發展起來。
如今，NB-IoT和Cat.1誰能更好承擔接替2G物聯網連接的重任？讓我們首先針對2G以及NB-IoT、Cat.1的技術做一個直觀的對比。
圖注：2G、NB-IoT、Cat.1技術直觀的對比
從技術上指標來看，NB-IoT在R14版本之後可以支持120kbps以上的傳輸速率，已經超過2G的能力，並且其功耗、深度覆蓋能力則遠遠優於2G。唯一不足的是，NB-IoT在語音支持能力以及需要高頻傳送的能力上不及2G。
再來看Cat.1，其傳輸速率在10Mbps，明顯高於2G和NB-IoT，用來替換2G的純數據類業務頗有些大材小用，但其覆蓋能力卻比2G還要小3個dB，這是比較令人擔心的一點。語音支持能力是Cat.1的強項，拋卻覆蓋能力，單從技術來看語音類業務可以考慮由Cat.1來承載。
我們再從行業應用的維度上，對2G承載的物聯網業務做一個梳理。
圖注：2G承載的物聯網業務需求和替代技術分析
從上表中可以看出，2G重點承載的Top業務從共享單車、物流監控、POS機以及設備監控類，均不需要語音支持，數據交互的頻度也不高，這部分完全可以由NB-IoT來承載。只有語音類、高頻度傳輸類業務如“兩客一危類”業務，超出了NB-IoT的能力範圍，但這類業務也只佔到了2G承載業務量的10%左右。
再從獲得成本上來看，通信模組的價格則直接關係到物聯網應用的終端成本，讓我們簡單再做一個比較。
圖注：三種IoT模組的價格與產業進度
NB-IoT從2016年開始試點發展到今天，已經跑出了博爾特百米衝刺的發展速度，現在無論在運營商覆蓋還是在模組的價格、資費上，已經做到了媲美2G的水準。
而Cat.1當前的產業鏈還遠談不上成熟，並且按照現在主流Cat.1芯片的設計，即便規模上量後，也不可能做到與2G模組相當的價格水平。模組價格過高，將成為影響Cat.1規模商用的首要制約因素。
二、運營商的LTE網絡承壓很重，還沒有準備好迎接Cat.1終端的大量入網
物聯網的業務中，除了佔60%左右的低速率業務外，還有將近30%的中高速率業務需要LTE技術的承載，目前主要是LTE Cat.4在承載這一重任。
經歷了長時間的磨合和運營，Cat.4已經是非常成熟穩定的中高速承載技術。在近期Cat.1的討論中，針對中速場景如視頻監控等，使用Cat.1替代Cat.4也是大家感興趣的一點。
單從技術上來看，Cat.4上行最高50Mbps、下行最高150Mbps的速率更高，但Cat.4模組在功耗、集成度、價格方面都有些高配。而Cat.1兼顧性能、功耗、成本等優勢，在10Mbps以下的中速場景中的確可以跟Cat.4一較高下。
最近有運營商啟動了Cat.1模組的招標，但運營商是否真正準備好迎接Cat.1？
首先看一下基礎的通信性能表現。很多人認為LTE網絡的覆蓋已經很完善了，但這個前提是在網的LTE物聯網終端都是支持雙天線接收的。我們對幾款主流的Cat.1模組的公開資料做了分析，發現主流廠商的Cat.1模組均是做了單天線的設計。
通過計算，相比Cat.4雙天線接收，Cat.1/Cat.1 bis接收靈敏度小3dB，下行覆蓋距離損失18%，覆蓋面積損失33%。在當前LTE網絡未針對Cat.1做優化的情況下，Cat.1單天線終端在LTE小區邊緣是否會出現接入困難、掉網等現象呢？
再看下運營商網絡的情況，當前LTE網絡中的物聯網終端基本上都為Cat.4終端，在Cat.1終端接入後，假設兩者數量一致，會對LTE現網容量帶來怎樣的變化，如下為一些仿真的結果。
可以看到，在引入Cat.1之後，LTE整個小區的容量惡化將近15%。這將給運營商帶來很大的網絡壓力。那運營商網絡是否已經準備好應對Cat.1帶來的挑戰？
我們認為沒有，當前中國運營商投資建設的重點在5G，2019年5G基站的數量為13萬站，到2020年預計將會達到75萬站，因此推測LTE網絡當前應該還是以維持策略為主。
據GSMA估計，2019年LTE基站數量為519萬站，LTE的用戶承載佔比在2019年為50%。我們做了一個簡單的測算，在用戶側，依據GSMA的數據，到2020年底，預計LTE用戶數承載佔比將增加5%。在基站側，如果2019年完成部署的13萬5G基站也同步開通LTE的話，相較於LTE站點數新增2.5%。
可以看出，站點數增長的比例遠不及用戶數增加的比例，LTE的網絡壓力進一步加大。此時如果Cat.1大量入網，將會進一步加劇網絡壓力和性能惡化。
到了2021年，預計LTE用戶數承載佔比將增加8%，而2020年新增的62萬個5G基站同步開通LTE的話，相當於LTE站點新增12.6%，可以看出站點增加比例已經超過了終端增加比例，LTE網絡壓力出現釋放拐點，此時再將Cat.1終端引入，才是正確的時機。
圖注：終端連接比例，數據來源GSMA
圖注：2021年底4G現網壓力出現拐點
三、Cat.1雖好，但火候未到，少量嚐鮮可以，規模商用建議在2021年之後
綜合以上粗略的分析，我們認為，以NB-IoT和Cat.1的組合來承接2G退網的低速物聯網行業應用是合適的，而主要以NB-IoT為主。
在中高速業務的匹配上，2020-2021年的商用物聯網終端還是建議以成熟穩定的Cat.4為主，雖然Cat.1在成本、尺寸、功耗上具備一定優勢，但在今年5G投資建設的大潮下，Cat.1的進入不是一個合適的時機，如果大量引入網絡，可能會是行業應用抱怨信號不好，而運營商也頭痛網絡壓力的雙輸局面。
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