LTE基礎(chǔ)：LTE Cat.0 是什么？

時間：2015-03-12　來源：中國集群通信網(wǎng)　作者：張濤濤　點擊：次

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據(jù)說，到2020年，有500億設(shè)備要連接網(wǎng)絡(luò)，這是未來物聯(lián)網(wǎng)的廣闊前景。好消息，以后運營商也不用跪著發(fā)展客戶了，坐等設(shè)備連接就好了！

不過，沒那么樂觀！支持物聯(lián)網(wǎng)的無線技術(shù)太多，蜂窩網(wǎng)絡(luò)也只是其中一小部分而已。

做個計算題，假設(shè)500億連接設(shè)備中，減去100億連接手機和PC，剩下400億去連接物聯(lián)網(wǎng)，按照目前的蜂窩網(wǎng)技術(shù)，估計只有2%（約8億）的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)。

才8億？我泱泱中華的手機用戶數(shù)都超過啦，何況物聯(lián)網(wǎng)那點流量，呵呵！

為了解決這些問題，Cat.0就來了！

什么是Cat.0？

Cat.即UE-Category，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。

如上圖，UE-Category主要定義了UE終端能支持的上下行速率。

Cat.0是被寫入3GPP Rel.12標準，支持更低速率、更低功耗版本的LTE終端等級。Cat.0 和 Cat.1都是指向廣闊的物聯(lián)網(wǎng)市場，實現(xiàn)更低功耗、更低成本物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接到LTE網(wǎng)絡(luò)。支持更低Category，對可穿戴設(shè)備、智慧家庭和智慧電表等物聯(lián)網(wǎng)應用非常關(guān)鍵。不過，一直以來，無論是網(wǎng)絡(luò)還是終端芯片，LTE與物聯(lián)網(wǎng)之間總是存在一條難以跨越的鴻溝，不過，隨著這些年一些通信設(shè)備公司和芯片公司的積極投入，可望改變市場局勢，為LTE網(wǎng)絡(luò)連接物聯(lián)網(wǎng)提供更廣闊的前景。比如，前不久，Sequans與Altair相繼宣布近期將推出Cat.0和Cat.1芯片組。

為什么要定義Cat.0呢？

為了應對物聯(lián)網(wǎng)，LTE-M（M2M）必須對LTE網(wǎng)絡(luò)進行幾個方面的優(yōu)化：

1）設(shè)備成本

盡管大量設(shè)備接入帶來巨大價值，但是，連接設(shè)備的成本卻是一個大問題。連接蜂窩網(wǎng)絡(luò)的設(shè)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(luò)。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(shè)備間連接只需要幾百bps就夠了。因此，為了減小設(shè)備成本，就得簡化芯片來滿足物聯(lián)網(wǎng)M2M應用需求。

2）電池壽命

我們可以每天給手機或平板充電，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備不可能每天甚至每個月為其充電，不僅不方便，而且維護成本上升。一些設(shè)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，應用于火警聯(lián)動的設(shè)備直接將信號傳送至消防中心。超長的電池使用時間，就顯得尤為重要。

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(luò)覆蓋來應對物聯(lián)網(wǎng)。

為了減少設(shè)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(shè)備。為了降低設(shè)備復雜性和減小設(shè)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(shè)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(guān)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(shè)備成本，除了定義Cat.0終端設(shè)備等級外，還需要對電池使用時長和覆蓋進行優(yōu)化。

電池使用壽命

為了省電，R12采用一種叫power saving mode (PSM，省電模式) 的方案。如果設(shè)備支持PSM，在附著或TAU（Tracking Area Update）過程中，PSM向網(wǎng)絡(luò)申請一個激活定時器值。當設(shè)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(shè)備進入省電模式。當設(shè)備進入省電模式，設(shè)備不再接收尋呼消息，看起來設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)失聯(lián)，但設(shè)備仍然注冊在網(wǎng)絡(luò)中。設(shè)備將一直保持這種省電模式，直到設(shè)備需要主動向網(wǎng)絡(luò)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。