對於物聯網設備來說,通信模塊肯定是必不可少。前幾年的物聯網市場,NB-IoT也一直是非常的火爆,不過自去年年底以來,Cat.1迅速成爲了物聯網領域的“網紅”,芯片廠商、模組廠商、運營商都在紛紛力推Cat.1。那麼,Cat.1真的是一個新的趨勢嗎?
什麼是Cat.1?
Cat.1中的“Cat”並不是指“貓”,而是Category的縮寫,Cat.1的全稱是LTE UE-Category 1(UE是指User Equipment),是對於LTE網絡下用戶終端設備的無線性能的一種分類。
根據3GPP的定義,將UE-Category劃分爲1-15共15個等級,其中,Cat.1-5由2009年3月3GPP發佈Release 8版本定義,Cat.6-8由2011年3GPP發佈的Release 10定義。隨後的Release 11定義了Cat.9-12,Release 12定義了Cat.13-15。
其中,Cat.1主要就是針對物聯網應用的,其下行速率最高可達10Mbps,上行速率最高可達5Mbps。但是,由於當時Cat.1終端需要使用2根天線,這在當時,對於一些對於體積要求較高的可穿戴設備來說並不友好。
爲了應對物聯網設備更爲多樣化的應用場景,3GPP還在Release 12版本中新增加了針對物聯網市場的新終端設備的無線性能等級Cat.0,放棄了對MIMO(多天線)的支持,簡化爲半雙工,峯值速率降低爲1Mbps,終端複雜度降低爲Cat.1的50%左右。雖然Cat.0終端的信道帶寬降至1.4MHz,但其射頻接收帶寬仍達到了和Cat.1一樣的20MHz。
隨後,3GPP在R13中又新增了Cat.M1(即eMTC,增強型機器類型通信)和Cat.NB-1(即NB-IoT)。其中,eMTC的信道帶寬和射頻接收帶寬均爲1.4MHz,最高數據傳輸速率1Mbps,終端複雜度進一步降低。而NB-IoT的帶寬大約爲180KHz,支持100Kbps以下速率傳輸低流量數據。
可以看到,eMTC和NB-IoT都主要是針對低速率、低功耗、低成本的物聯網應用。而針對中速率的物聯網應用市場,主要就是Cat.1。隨着近年來物聯網及可穿戴市場的爆發,越來越凸顯了LTE缺乏單天線標準的缺憾。於是在2017年,LTE Cat.1 bis正式成爲LTE單天線UE等級。
2G、3G加速退網,Cat.1的機會來了
衆所周知,在前幾年的物聯網市場,NB-IoT得益於其強連接、高接入量、超低功耗、深度覆蓋、低成本、高安全可靠性等優勢,得到了全球衆多運營商和物聯網廠商的力推,並且已經在智能水錶、電錶、燃氣表、路燈等衆多場景得到了廣泛應用。這類場景具有靜止、數據量小、時延要求不高等特點,但對功耗、成本、網絡覆蓋等有較高的要求。
相比之下,eMTC、Cat.0、Cat.1雖然具有傳輸速率更高、低延時、支持移動性、支持VoLTE語音通信等優勢,但是,卻並未得到廣泛的應用,再加上運營商固有的3G網絡,使得相互之間,在一定程度上也存在着相互可替代性,這對其發展形成了一定的阻礙。由於產業未形成合力,也致使此前eMTC、Cat.0、Cat.1的產品相對較少,成本也難以快速下降,所以一直以來,eMTC、Cat.0、Cat.1都不溫不火。
那麼爲何近期Cat.1突然就火了起來呢?
2019年10月,工業和信息化部新聞發言人、信息通信發展司司長聞庫表示,我國移動通信的網絡在2G/3G退網條件已經逐步成熟。顯然,這也意味着國內的2G/3G網絡的退網將進一步加速。
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”。這則意見稿發佈,也成爲了引爆Cat.1市場的一個導火索。
2G/3G退網已成大勢所趨
在移動通信市場,隨着通信技術的不斷升級,運營商的資本支出和運營支出也在不斷的攀升,同時可以利用的頻譜也越來越緊張,特別是在一些頻譜需要拍賣的國家和地區,頻譜資源已經變得越來越昂貴和稀缺。2G或3G網絡的逐步清頻退網成爲了全球運營商可選擇的解決方案。
從全球範圍來看,自2008年之後,日本、新西蘭、泰國、厄瓜多爾等國的運營商就已經開始關閉2G網絡。2017年時,全球運營商開始密集關閉2G網絡:新加坡三大運營商M1、Singtel、StarHub;美國運營商AT&T;加拿大運營商Bell、Telus和Sask Tel、澳大利亞運營商Optus、Vodafone等都相繼在2017 年關停了2G網絡。
而進入2018年之後,更多的運營商宣佈啓動2G/3G清頻和退網,中國、美國、泰國、墨西哥、巴西、沙特、科威特和俄羅斯等國家的主要運營商都相繼宣佈2G/3G 的退網時間點。2019年10月,越南信息通信部也披露了2022年初開始關閉該國2G網絡的路線圖,以增加4G/5G的頻譜存量。
從國內來看,三大運營商幾年前就已經開始了2G/3G網絡清頻和退網的工作。
中國聯通在2016年報中就已提出,要加快推進2G/3G網絡減頻減容,重耕 900MHz頻譜,有序部署4G。2018年4月13日,中國聯通率先在官方微博上正式宣佈:將有序推進2G網絡減頻工作。預計將在2019年底完成整個2G網絡關閉的進程。
2017年,中國電信就開始對覆蓋2G/3G的800M Hz頻段進行了重耕,將800M Hz頻段轉爲4G、物聯網等使用。中國電信在大力推動VoLTE商用,也是在加速2G、3G用戶的退網。
與其他兩大運營商不同,中國移動是先逐步關閉3G TD-SCDMA網絡,然後逐步關閉2G網絡。早在2018年的年底,中國移動就表示了:未來的5G終端產品僅會支持NR/-LTE/LTEFDD/WCDMA/GSM的模式,而3G網絡的TD-SCDMA則會被淘汰。根據中國移動發佈的《5G終端產品指引》裏的內容顯示,在2020年之前中國移動將會把大部分地區的3G網絡關閉,並提高5G網絡的建設速度和基站的佈局。至於2G網絡,中國移動將會在2019年12月之前完成30%~40%省份的騰退工作,2020年5月之前完成全部的騰退工作。
總的來說,從全球範圍來看,運營商對於2G、3G網絡的清頻和退網或者是重耕,將其應用於4G網絡,非常有利於運營商的成本控制。而根據沃達豐的預測也顯示,2025年全球大部分國家和地區的2G、3G網絡都將退網。
但是,隨着2G、3G網絡的關閉,有大量的中低速率的網絡應用需要切換到NB-IoT或者包括eMTC、Cat.0、Cat.1和Cat.4在內的LTE網絡上來。
面向30%的物聯網市場,Cat.1的時代來了?
不過,我們前面有提到,NB-IoT、eMTC主要都還是針對低速率的物聯網市場,而對於中速率的網絡應用需求來說,LTE Cat.1無疑是一個很好的選擇。
在4月2日上午的移遠通信LTE Cat 1在線研討會上,天翼物聯科技有限公司解決方案部專家陳建華也表示,Cat.1和NB-IoT會成爲承接2G/3G轉網業務的有效手段,NB-IoT承接低速需求,Cat.1承接中速需求和話音需求。
雖然Cat.4也能夠承載一些中速率的場景的需求,但是其下行最高150Mbps、上行最高50Mbps的能力必然會帶來很大的浪費,並且Cat.4的成本和功耗也更高。而對於絕大多數的中速率的物聯網應用來說,下行最高10Mbps,上行最高5Mbps的Cat.1即可應對。另外,Cat.1不僅支持全頻段,還擁有與Cat.4相近的覆蓋能力,可以以更低的成本和功耗滿足各種中速率的場景需求。
根據業內的預估,按照高中低網絡速率劃分,蜂窩物聯網連接分佈大致是:高速率10%、中速率30%、低速率60%。也就是說,Cat.1面向將是30%的物聯網市場的需求,這無疑是一個巨大的市場機會。
移遠通信公佈的預測數據也顯示,2018年-2023年全球蜂窩物聯網市場需求將達到6倍的增長,其中LTE Cat.1的市場平均年增4000萬(這裏應該指的是終端數量)。
另一組數據也顯示,截至2020年,物聯網蜂窩模組應用領域將實現30億連接,其中10億連接都將是Cat.1和Cat.4覆蓋的範圍。
另外,在上個月底的紫光展銳公開課《展銳和Cat.1的那些事兒》上,紫光展銳智能物聯副總裁鮮苗也表示,在2025年,全球物聯網蜂窩連接數將突破50億大關。隨着2G、3G逐漸向4G的轉網趨勢,在未來3-5年,Cat.1或將是蜂窩物聯網主要的通訊制式,這也意味着Cat.1面對的將是千萬級甚至是億級的市場。
“屬於LTE Cat.1的時代來了!”天翼物聯科技有限公司解決方案部專家陳建華在今天的移遠通信LTE Cat 1在線研討會上這樣說到。
陳建華表示,Cat.1有着四大優勢:
1、功耗小,終端側的芯片複雜度降低(採用專用的Cat.1芯片,硬件架構更簡單),能夠有效降低功耗;(據移遠通信透露,其Cat.1模組在空閒模式下,功耗比Cat.4降低了50%;工作模式下,功耗也比Cat.4降低了50%。)
2、覆蓋廣:Cat.1可以依託現有的4G網絡,實現良好的網絡覆蓋(有4G信號的地方就可以覆蓋Cat.1),能夠有效規避2/3G退網帶來的風險;
3、成本低:相比Cat.4的成本要低30%;
4、部署易:運營商無需升級網絡或獨立建網,只需在現有的4G LTE網絡側進行配置,即可接入Cat.1終端。
此外,Cat.1由於是依託現有的LTE網絡,因此也就具有LTE網絡固有的低延遲和良好的移動性,並且可支持語言通話。
芯片廠商、運營商、模組廠紛紛涌入
當下Cat.1市場的火爆並非偶然。早幾年前,高通、Sequans、Altair等芯片廠商就已經推出了Cat.1芯片,此後國產芯片廠商紫光展銳、ASR(翱捷科技)也開始了相應的研發,並於去年推出了自己的Cat.1芯片。在芯片廠商推出Cat.1芯片的同時,模組廠商也紛紛推出了相應的模組產品。
早在2015年1月,通信芯片廠商Sequans就率先發布首款LTE Cat.1芯片——Calliope,主要面向超低成本和超低功耗的應用,包括穿戴式和物聯網市場。2017年國外運營商T-Mobile還曾推出過配有Sequans LTE Cat 1模塊服務的全新物聯網數據計劃。
2015年下半年,Altair也有推出低成本,低功耗的支持Cat.1的單模LTE芯片。2016年3月,中興物聯還與Altair合作,推出了Cat.1模塊產品ME3610。
2015年下半年,高通也推出了其首款Cat.1芯片——MDM9207-1,整合 ARM Cortex-A7 處理器,以及 GPS、北斗、Glonass 以及 Galileo 定位系統。同時還整合了802.11ac Wi-Fi和藍牙4.1 BLE。
2019年9月,翱捷科技就推出了Cat.1與GSM雙模的芯片ASR3601/1601,適用於功能手機、對講機、可穿戴等領域。移遠通信、域格通信等模組廠商都有推出基於ASR芯片的Cat.1模組。去年年底,360公司推出的W906兒童手錶就採用了ASR3601 CAT1多模芯片。
另據移遠通信副總經理孫延明介紹,其Cat.1模組在空閒模式下,功耗比Cat.4降低了50%;工作模式下,功耗也比Cat.4降低了50%。在成本方面,目前Cat.1模組也已經控制到40元人民幣左右。
2019年11月,紫光展銳也推出了旗下首款LTE Cat.1bis和GSM雙模芯片——春藤8910DM。採用28nm成熟工藝,上行速率達5Mbps,下行速率達10Mbps,並擁有高集成度,同時集成了藍牙通訊和Wi-Fi室內定位,支持VoLTE。可廣泛應用於共享經濟、金融支付、公網對講、能源、工業控制等場景。
與此同時,三款搭載春藤8910DM的模組產品:中國移動ML302, 有方N58和廣和通L610也正式推出。
除了芯片廠商和模組廠商之外,國內的運營商也在力推Cat.1。因爲,與以往2G、NB-IoT、eMTC網絡相比,Cat.1作爲4G連接,傳輸速率更高,應用場景更廣,OEM/ODM廠商可以聯合運營商進行平臺化運營,在銷售產品的同時,提供數據服務,可大幅提升ARPU值。
早在2016年,中國電信就開始了Cat 1的商業佈局,攜手合作夥伴成功實現了多個物聯網解決方案的落地。此外,中國電信還出了Cat1模組補貼計劃。據中國電信物聯網運營中心負責人就曾透露,中國電信2017年將會投入億元補貼物聯網模塊,拉動產業鏈整體發展。其中,2億元用於物聯網重點模塊產品直補,包括Cat.1單模產品補貼和 NB-IoT 產品補貼。Cat.1單模產品補貼額爲40元/模塊,NB-IoT 產品補貼額20元/模塊;均設置在網時長、補貼率等門檻。隨後在2017年7月,中國電信還公佈了12款物聯網入庫模塊,其中Cat.1模塊和NB-IoT模塊各佔一半。
但是此後,Cat.1的發展並未如中國電信預期的那樣,實現規模化的商用。究其原因,主要還是因爲當時的Cat.1芯片及模組成本高昂。當時業界的Cat.1模組主要都是基於高通MDM9207-1芯片的,成本超過百元。
2016年6月,高通就曾對外宣佈,其IoT物聯網芯片已經獲得了全球60多家OEM廠商的採納,贏得了超過100項產品設計。這些產品大都是基於高通MDM9207-1芯片。這也不難看出,當時高通在Cat.1領域的強勢。而在2019年以前,國內的模組廠商所推的Cat.1模組也基本都是基於高通芯片方案的。
2020年3月,移遠通信就對外宣佈,其所推出的EX2x和EG9x兩大系列Cat 1模組,在全球市場出貨量已超過500萬片。移遠通信在全球LTE Cat 1模組市場出貨已經超過500萬片規模。而這其中絕大部分也都是基於高通的芯片方案。據芯智訊瞭解,雖然,移遠通信去年1月正式推出了基於ASR平臺的Cat.1模組樣品。但是,根據官方預計,今年5月,其基於ASR平臺的Cat.1模組出貨規模纔會達到百K級。
而現在,隨着紫光展銳、ASR等多家國產芯片廠商的Cat.1芯片的陸續推出,以及衆多模組廠商的跟進,再加上2G/3G加速退網的刺激之下,Cat.1市場開始火爆,但是在Cat.1模組出貨量真正爆發之前,其成本就已經也在快速降低。
據移遠通信副總經理孫延明介紹,隨着國產化和市場規模的增長,此前NB-IoT模組從最初的100多塊,到現在已降至了十幾塊,Cat.1模組也在複製這一走勢,目前國產Cat.1模組成本已經可以控制到了40以內。
隨着Cat.1市場的火爆以及芯片及模組成本的降低,也使得中國電信一直在Cat.1上的大力投入迎來了收穫。
據天翼物聯科技有限公司解決方案部專家陳建華透露,目前中國電信NB-IoT基站已部署超過40萬站,支持Cat.1的基站更是超過150萬站,已實現連續覆蓋。陳建華強調,中國電信在2016年就已經對800M做重耕,就是在爲2G/3G退網做準備。目前電信4G覆蓋率已達到96%以上,很多偏遠地區都已覆蓋。而電信的NB-IoT和cat.1都會部署在800M黃金頻段。
另據芯智訊瞭解,目前中國電信針對Cat.1模組依然有着補貼政策。
相比之下,中國移動此前對Cat.1似乎並不感冒,其更多的物聯網應用依然是依託於2G網絡網絡來實現。根據公開數據,截止2019年6月底,中國移動已有超過6.9億物聯網連接。這一規模的連接數中,絕大多數仍然是通過2G實現的。數據顯示,2018年之時,中國移動2G物聯網連接數仍以每月3000萬的速度在增長。
顯然,在2G/3G加速退網的趨勢之下,中國移動的物聯網用戶的遷移急需提速。因此,我們也看到,在去年11月的中國移動全球合作伙伴大會上,中國移動旗下的中移物聯網布了中國移動OneMO管理平臺,以及兩款LTE模組ML302(Cat.1)和ML303(Cat.4)。
此外,中國聯通也在加碼Cat.1。近日,在聯通物聯網有限責任公司Cat.1公網數字對講PCBA採購項目(招標編號:YT09202000160ZB)對外招標項目中,國產模組廠商美格智能基於紫光展銳9810DM的Cat.1芯片的PCBA方案成功中標,該項目總採購量50萬片,規模創下運營商對講方案招標之最。
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可以預見的是,隨着2G/3G退網的加速,Cat.1無疑將成爲承接中速率的物聯網需求的首選。而在衆多國產Cat.1芯片及模組廠商的努力下,以及運營商的助推之下,Cat.1的價格正變得越來越有吸引力,而隨着後續出貨量的持續放大,其成本或將降到與NB-IoT模組相近的水平,而這個時間點可能是在明年。不過,Cat.1並不會對NB-IoT形成替代,二者並不是競爭關係,而是互補關係。 但是Cat.1確實會對於eMTC形成擠壓。