天下英雄出我輩，一入江湖歲月催
譯者按
這是翻譯國外一個blog關於Cat-M1和NB-IoT的技術比拼，作者是AltairSemiconductor的一個高級經理，該文得出的結論是顛覆性的（雖然本人不是完全同意/理解該文觀點），有很大借鑑作用，翻譯出來，以饗讀者。
對於我來說，也許只能接受Cat-M1對移動性的支持上，要比NB-IoT好這個觀點。
前言
3GPPR13制定的CAT-M1和NB-IoT標準應該是目前物聯網技術裏面炒得最火熱的兩個標準了。
然而，物聯網市場出現了分裂的趨勢（各方利益博弈的結果），這也導致了產品供應商對選擇哪個物聯網技術的迷惑越來越大。芯片製造商，硬件提供商和網絡服務提供商，在決定選擇哪個IoT通訊標準時都顯得非常謹慎，因爲很多通訊標準都提出了相應的IoT技術（比如WiFi、3GPP、Lora、etc），而且時間和金錢都不允許他們犯錯誤。
首先，讓我們通過表-1-看一下這兩個標準的主要差別吧。
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參數 |
CAT-M1 |
NB-IoT |
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帶寬 |
1.4MHz |
200KHz |
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部署方式 |
帶內（In-band） |
In-band, Guard-band, Standalone (GSM bands) |
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雙工模式（Duplex Mode） |
HD-FDD/FDD/TDD |
HD-FDD(TDD 在討論中) |
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峯值速率 |
375Kbps (HD-FDD), 1Mbps (FDD) |
~50kbps for HD-FDD (not decided yet in 3GPP) |
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上行最大發射功率 |
23dBm 20dBm |
23dBm，低發射功率還在討論中 |
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是否支持VoLTE |
將要支持 |
不支持 |
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移動性 |
小於120km/h的連接態切換 |
小於30km/h的連接態切換 |
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TTM（Time To Market） |
比NB-IoT具有6-9個月的優勢（估計） |
標準還未最終finalized，一些規範推遲到R14制定 |
表-1- CAT-M1和NB-IoT技術參數比對
從表-1-我們可以看到，CatM-1的峯值速率比較高，而且推向市場的時間會比NB-IoT塊，但是NB-IoT的優勢也很明顯，他佔用的帶寬更窄，以及部署方式更加靈活。
當熱，物聯網廠家更關心的是覆蓋範圍、成本和功耗。當前市場普遍的認識是，NB-IoT覆蓋距離更遠，功耗更低，成本更低。但是如果我們仔細的分析實驗數據會發現，情況並不完全是這樣的。讓我們就從技術角度對這三個技術指標（KPI）進行深入分析吧。
覆蓋範圍
最大耦合損耗（Maximum coupling loss/MCL）表示用戶設備（UE）和網絡節點eNode（eNB）天線口之間的最大信道損耗，它是數據還能正常傳輸的臨界值。實際上，這個值由多種因素決定，比如天線增益，路徑損耗，陰影效應帶來的慢衰落等其他的射頻損耗，MCL越大，這個射頻鏈接就越魯棒。
根據3GPP的描述，CAT-M1的MCL是155.7dB，NB-IOT是164dB –NB-IoT比CAT-M1優了8dB多。從表面上看，這應該是說NB-IoT在性能上是明顯優於Cat-M1的。但是，根據香農定理，當信噪比（SNR）很低，噪音是白噪音的情況下，信道容量的近似值是和帶寬無關的。
基於上面的推論，我們會得到以下結論：
l 當發射功率相同時，兩者在上行方向的覆蓋範圍一致，
l 在下行方向，CAT-M1的覆蓋範圍是NB-IoT的6倍（~8dB），因爲Cat-M1從節點（eNB）發出的信號帶寬是NB-IoT的6倍。
事實上，如果我們仔細的去看3GPP標準裏面用來計算MCL的參考場景的參數設置，兩個標準的參數設置是不同的，比如發射功率，噪音係數，和目標吞吐率都不同，這樣的比較是不公平的，見表-2-：
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CAT-M1 |
NB-IoT |
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References |
3GPP 36.888, RP-150492 |
3GPP 45.820 7A |
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Downlink |
Uplink |
Downlink |
Uplink |
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Tx Power |
46dBm/9MHz |
23dBm |
43dBm/180KHz |
23dBm |
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Noise Figure |
9dB |
5dB |
5dB |
3dB |
表-2- Cat-M1和NB-IoT計算MCL的參考場景參數設置
如果我們使用相同的假設條件（相同發射功率，相同噪音係數，和相同的目標吞吐率），我們可以看到前面的推論是成立的，即：兩個標準的上行覆蓋範圍相同，下行覆蓋範圍CAT-M1比NB-IoT優化~8dB。（是不是亮瞎了你的雙眼？）
事實上，如果我們在CAT-M1上再考慮加入跳頻、Turbo編解碼等特性，CAT-M1的優勢會更明顯。
成本
有一個普遍的觀點是NB-IoT的系統架構是比Cat-M1的成本是低很多的。圖-1-給出一個典型的調制解調器的系統框圖，我們來分析一下這個說法對不對。
圖-1-是一個典型的調制解調器的系統框圖，裏面包括射頻組件（比如濾波器，天線切換開關，PA，收發迴路），模擬收發模塊，基帶，實現協議的處理器，內存，還有一些別的模塊（比如晶振，PMU，eUICC，RTC），另外還有一些可選組件（比如GPS，MCU）。
對於NB-IoT來說，圖中的大部分組件（白色的）都是不會變化的，因爲對於3GPP協議功能的支持，NB-IoT和Cat-M1都一樣的。
圖-1- 一個典型的調制解調器的系統框圖
我們在做這種一對一的比對時，必須是設置一些假定條件，比如雙方都使用同樣個數的頻帶，採用同樣的供應商增值服務，同樣都是集成GPS或者MCU等。
從上圖可以看到，這兩個技術唯一不一樣的組件主要是基帶部分，也就是負責物理層的部分，主要是通過DSP來實現的。
NB-IoT的基帶部分的尺寸會比Cat-M1明顯縮小，原因是處理的帶寬從1.4MHz下降到200KHz。但是，介於目前的技術，這個尺寸上的縮小帶來的成本上的降低也就是10美分左右，是一個3GPP R13標準設備的價格的~%2，這個差距在未來2~3年內會越來越小，因爲根據芯片摩爾定律的發展規律，成熟的芯片製成工藝會讓這個差距越來越小。
總之，NB-IoT確實是比CAT-M1的成本低，但是這個差距遠小於業界的期望。
功耗
IoT設備的功耗一般指兩個方面，一個是待機功耗,一個是激活狀態下的功耗(也叫工作功耗）。待機功耗兩者不會差多少，但是激活狀態下的功耗，兩者是有差別的喲。本質上，激活狀態功耗是發射信號的功率譜密度和發送時間的乘積。
先從下行的激活狀態功耗分析，CAT-M1比NB-IoT有更大的吞吐率,原因是6倍的帶寬和更高階的調製技術。因此, 如果接收的數據量相等，Cat-M1比NB-IoT所花的時間要少，估計功耗只是NB-IoT要省電50%。
從上行方向進行分析，在信號很好的情況下，CAT-M1由於支持更高階的調製，所以他的功耗會比NB-IOT低（譯者注：此處不能理解，按理說調製越高階越費電纔對？），如果在限制信道的情況時，NB-IoT的功耗比CAT-M1要低，因爲NB-IoT支持單載波通訊，但是單載波通訊方式有可能在3GPP R14中關閉。
總而言之，當信號條件很好的情況下，CAT-M1不管是上行還是下行都比NB-IoT功耗低，在上行限制信道的情況下，目前的NB-IoT比CAT-M1功耗低。
結論
CAT-M1和NB-IoT都被認爲是最具潛力的物聯網技術。儘管這兩種技術適用於不同的應用場景，但是很重要的是我們不能讓市場觀察者通過表面數據來下結論，而是將兩種技術方案進行公平的比較，比如基於所有的環境參數都是一樣的情況，這樣市場觀察者才能得出正確的結論。
我們在本文中對着兩個技術從3個關鍵的KPI上進行了分析比對，分別是（覆蓋範圍，成本和功耗），儘管市場觀察者普遍認爲NB-IoT比CAT-M1有明顯的優勢，根據上文的分析，我們的結論是，CAT-M1實際上在覆蓋範圍和功耗上都優於NB-IoT，只有在成本上略高於NB-IoT。
未來的平臺能同時支持CAT-M1和NB-IoT，這樣產品設計者不用在兩者間做出選擇，但是在這種平臺出來之前，我們還是需要很謹慎的理解兩者的技術數據，並在做抉擇之前考慮該技術實際能帶來的價值。