LTE基礎：LTE Cat.0 是什么？

時間：2015-03-12　來源：中國集群通信網　作者：張濤濤　點擊：次

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據說，到2020年，有500億設備要連接網絡，這是未來物聯網的廣闊前景。好消息，以后運營商也不用跪著發展客戶了，坐等設備連接就好了！

不過，沒那么樂觀！支持物聯網的無線技術太多，蜂窩網絡也只是其中一小部分而已。

做個計算題，假設500億連接設備中，減去100億連接手機和PC，剩下400億去連接物聯網，按照目前的蜂窩網技術，估計只有2%（約8億）的物聯網設備可接入蜂窩網絡。

才8億？我泱泱中華的手機用戶數都超過啦，何況物聯網那點流量，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網市場，實現更低功耗、更低成本物聯網設備連接到LTE網絡。支持更低Category，對可穿戴設備、智慧家庭和智慧電表等物聯網應用非常關鍵。不過，一直以來，無論是網絡還是終端芯片，LTE與物聯網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備公司和芯片公司的積極投入，可望改變市場局勢，為LTE網絡連接物聯網提供更廣闊的前景。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？

為了應對物聯網，LTE-M（M2M）必須對LTE網絡進行幾個方面的優化：

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網絡。芯片支持的速率越高，硬件就越復雜，成本也就越高。物聯網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網M2M應用需求。

2）電池壽命

我們可以每天給手機或平板充電，物聯網設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。一些設備需要長期保持運行狀態，一旦電池耗盡，通信中斷，可能會導致重大損失。比如，應用于火警聯動的設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

對于物聯網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，需要提升增強網絡覆蓋來應對物聯網。

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.低速數據速率。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化，比如取消發射分集，不再支持MIMO，支持小于1.4MHz更低的帶寬，支持更低的數據速率。

關于Cat.0、Cat.1、Cat.4和R13版本的Cat.的特征比較如下圖：

為了面向物聯網，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。如果設備支持PSM，在附著或TAU（Tracking Area Update）過程中，PSM向網絡申請一個激活定時器值。當設備從連接狀態轉移到空閑狀態后，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，看起來設備和網絡失聯，但設備仍然注冊在網絡中。設備將一直保持這種省電模式，直到設備需要主動向網絡發送信息（比如周期性TAU，發送上行數據等）。

據說，采用這種方案，兩節5號電池可以用10年以上。