隨著技術迭代升級，物聯網產業對無線通信質量要求越來越高。在2G、3G逐步退網，4G網絡建設不斷成熟和完善的背景下，全球範圍內有不少公司計劃升級現有的2G和3G蜂窩網絡，或者直接部署新的物聯網通信網絡，那究竟部署哪一種通信標準方為上上策呢？
2019年全國4G基站總數為544萬個，而這一年新建4G基站為172萬個，佔4G基站總數近32%，遠遠超過往年。2019年正值5G商用元年，4G基站的投入卻並未減少。
2019年10月22日，工業與信息化部新聞發言人、信息通信發展司司長聞庫明確表示工信部鼓勵運營企業積極引導用戶遷移轉網，將有限的頻率資源和網絡資源用到5G、4G移動通信網絡發展中，降低運營成本，為用戶降費創造條件，提高國家通信網絡運營效率。
2020年3月10日，工信部發布了《關於深入推進移動物聯網全面發展的通知（徵求意見稿）》，明確了2/3G轉網的相關要求。比如基本原則中就提到，“鼓勵2G/3G用戶儘快遷移轉網”；建設目標中提到，“通過Cat.1配合滿足中等速率物聯網需求和語音需求”。
綜上所述，這些信息有理由讓筆者相信，2G、3G在退網後其連接功能將由4G和5G網絡承擔，鑑於目前5G網絡建設並不完善，筆者這裡主要談談基於4G的幾種通信標準。
首先，NB-IoT和Cat-M1（也被稱為LTE-M），兩者均是為物聯網而設計的。這兩種標準已經在市場引起了廣泛的關注，並被奉為是驅動下一代蜂窩物聯網部署的關鍵技術，運營商已開始部署這兩種標準。
此外，還有最近在通信市場中狂刷了一把存在感，盛傳是最適合於現今物聯網部署的一個名為Cat-1的LTE標準。
那麼，這三種標準的技術原理是什麼，它們各自的優點和侷限性又是什麼，為什麼要說Cat-1是最適合於物聯網設備的標準？
提問
什麼是NB-IoT？
NB-IoT是由第三代夥伴關係項目(3GPP)開發的標準，是LTE標準的第13版中的一部分。它是一種低功耗廣域網技術，運行在授權的頻譜上，是專為低帶寬需求的物聯網設備設計的。
與其他現有蜂窩標準相比，它成本低廉，擁有更好的室內覆蓋範圍，消耗的功率更低，因此電池壽命更長一些。
NB-IoT的上行鏈路速度為66 kbps，下載速度為26 kbps，採用半雙工模式，這意味著數據一次向一個方向傳送。它的延遲時間是1.6到10秒。
NB-IoT在非常窄的帶寬（180 kHz）中運行，可以部署在LTE網絡的保護帶部分，該部分位於頻譜未使用部分的信道之間。因此，它適合於需要少量，間歇性數據傳輸且對延遲要求不高的簡單IoT設備。
蜂窩技術具備遠程支持和強大的信號穿透能力，因此非常適合長距離傳輸以及室內或地下等應用場景。但是，NB-IoT無法進行蜂窩塔式切換，因此只能用於固定式IoT應用。比如智能燃氣表、水錶和電錶、智能城市應用(如智慧路燈和智慧停車)以及其他頻次低的發送小量數據的遙感應用程序。
提問
什麼是Cat-M1？
Cat-M1，又稱LTE-M，也是3 GPP開發的低成本LPWAN 技術LTE標準第13版的一部分，這是一項對NB-IoT進行補充的技術，它速度更快，上傳和下載速度是1 Mbps，延遲也更低一些，只有10到15毫秒。
Cat-M1提供了足夠的帶寬，可以替代當前諸多的2G和3G物聯網應用。它在其他幾個特性方面與NB-IoT不同：Cat-M1支持蜂窩塔切換，因此它可適用於移動應用程序，如資產跟蹤和車隊管理。它還支持物聯網應用中的語音功能，例如醫療警報設備和家庭警報系統，在這些系統中，物聯網設備具備語音溝通功能是非常重要的。
該標準使用1.4 MHz帶寬，也有足夠的吞吐量將固件、軟件和其他安全更新傳輸到物聯網設備，包括一個成熟的linux操作系統，而這是NB-IoT無法做到的。此外，Cat-M1支持全雙工和半雙工，這意味著公司可以通過選擇半雙工來降低功耗和提高電池壽命。
Cat-M1的應用案例包括可穿戴設備，如智能手環和智能手錶，以及資產跟蹤、健康監視器和警報。其應用還與NB-IoT有一些交叉，可以與智能儀表和工業監視器兼容。
提問
什麼是Cat-1？
Cat-1是專為中低帶寬需求的物聯網設備而設計的。它是3 GPP標準第8版中的一部分，所以就時間而言，它是一項較老的技術，但就市場發展而言，它仍然是一種新興技術。
Cat-1在世界各地都得到了廣泛的採用，它提供了5 Mbps的上傳帶寬和10 Mbps的下載帶寬，延遲為50到100毫秒。它在全雙工模式下使用高達20 MHz的帶寬，並支持塔式切換。
其結果是：Cat-1可以支持NB-IoT和Cat-M1支持的低功耗應用程序，同時它也可以支持更高的帶寬需求，因為它提供了更好的性能和更低的延遲。另一方面，與NB-IoT和Cat-M1相比，Cat-1消耗的功率更多，信號範圍略短。
Cat-1還支持語音和移動物聯網應用程序，也為資產跟蹤，智能電錶和其他遠程傳感器等2G和3G應用程序提供了良好的遷移路徑。
其他典型的用例包括可穿戴設備、銷售點終端、ATM機、自動販賣機、視頻監控、遠程醫療、消費電子設備以及一些車輛遠程信息處理數據。它還支持共享出行用例，例如自行車和踏板車租賃，以及複雜的IoT設備，例如數字標牌和無人機。
Cat-1的速度還不足以滿足自動駕駛汽車的需求。為了滿足更高的帶寬需求，Cat-4 LTE標準達到了50 Mbps上傳速度和150 Mbps下載速度，並且可以更好地處理視頻監視和其他實時視頻應用程序以及車內熱點和車載信息娛樂系統。
當然，Cat-1的不足5G蜂窩網絡可以彌補，5G將支持自動車輛、醫療保健領域的遠程手術以及未來其他高帶寬應用所需的高速、低延遲通信。
NB-IoT和Cat-M1(LTE-M)的現狀與侷限性
研究人員預計，隨著越來越多的運營商在未來幾年實施這兩項技術，連接到NB-IoT和Cat-M1網絡上的物聯網設備將逐步增多。
事實上，根據2019年11月的《愛立信移動報告》，到2025年底，NB-IoT和Cat-M1預計將佔所有蜂窩IoT連接的52％。類似地，在另一項研究中，分析公司ABI Research預測到2026年，NB-IoT和Cat-M1將佔36億LPWAN連接的60％。
雖說NB-IoT和Cat-M1具備諸多的優勢，但是這兩種技術當前仍存在一些侷限性，即它們雖是新興技術，但在全球範圍內覆蓋範圍仍然有限。
北美、歐洲和亞洲的運營商已經開始採用這兩種技術中的一種，由於NB-IoT和Cat-M1是互補技術，一些運營商選擇同時支持這兩種技術。根據《愛立信移動性報告》，截至2019年11月，在已部署NB-IoT或Cat-M1的114家服務提供商中，近25％同時支持這兩種技術。
雖然運營商在採用NB-IoT或Cat-M1方面取得了進展，但它們尚未在全球廣泛部署。這反過來又限制了漫遊功能。如果有一個特定的物聯網用例需要在Cat-M1網絡上漫遊，由於採用率仍然有限，可能無法實現。
真的是低功耗嗎？事實上，NB-IoT或Cat-M1確實比Cat-1、2G和3G網絡等以前的蜂窩技術消耗更少的能耗。新標準還具備節能功能，可以進一步降低功耗和延長物聯網設備的電池壽命。然而，鑑於運營商可能不會完全支持，這些備受關注的功能可能沒有實現預期。
更具體地說，NB-IoT或Cat-M1設備可以通過兩種功能待機更長時間：節能模式(PSM)和擴展不連續接收(EDRX)。
使用PSM，NB-IoT或Cat-M1的物聯網設備可以無限期地休眠，然後在預定的時間醒來發送和接收數據。
使用eDRX，物聯網設備可以將運作週期從正常的1.28秒間隔增加到10.24秒。eDRX技術使物聯網設備能夠休眠預定數量的超幀或10.24秒的倍數，因此，NB-IoT設備可以休眠3小時，而Cat-M1設備可以休眠40分鐘。
但是，由於eDRX和PSM的使用不完全由IoT設備決定，因此對eDRX和PSM節省的電量存在潛在的限制。實際上，這取決於每個特定的載波以及每個載波是否支持所有可用的低功率模式。運營商可能只採用部分低功耗模式，這意味著IoT設備可能無法充分發揮eDRX和PSM的優勢。
為什麼Cat-1是最佳選手
如果現在你在糾結選擇哪一個物聯網通信標準，鑑於NB-IoT或Cat-M1在大多數應用領域還沒迎來黃金髮展期，筆者在這裡建議考慮Cat-1。
Cat-1現在可以使用，並且得到了全世界運營商的廣泛支持。它與當前的NB-IoT或Cat-M1模塊的價格相差無幾。雖然確實比Cat-M1和NB-IoT消耗更多的電能，但它支持更大範圍的覆蓋。
節能確實很重要。但是換個角度：2G和3G並不是低功耗技術。隨著2G和3G網絡退出舞臺，需要升級其IoT部署的公司將發現Cat-1比傳統的2G和3G網絡更加節能。
毫無疑問，Cat-M1和NB-IoT是未來的發展方向。事實上，3 GPP計劃發展Cat-M1和NB-IoT，並將它們合併到5G標準中。
但Cat-1和LTE不會在短期內消失。運營商仍處於建設5G網絡的早期階段，因此，LTE網絡至少在幾年內仍將是會被使用的標準。即使在那之後，LTE網絡和Cat-1也將繼續存在，並在一段時間內不會被淘汰。
簡而言之，鑑於Cat-M1和NB-IoT能夠在全球範圍內擴展併成為一項通用技術還需數年時間，對現在迫不及待需要在全球範圍內部署物聯網或從2G和3G網絡升級的公司而言， Cat-1是當今和未來數年可行且強大的解決方案，並且可以為當前的物聯網需求提供最廣泛，最全面的覆蓋。
Ps：忽如一夜春風來，千樹萬樹梨花開。既然Cat-1那麼優秀，那有推出Cat-1芯片和模組的廠家又有哪些呢，筆者在這裡做了一下總結，供行業人士參考：
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