開啟萬物互聯的鑰匙：雙模物聯網技術深度解析

物聯網是當下最炙手可熱的科技概念之一。所謂物聯網，本質上是網際網路技術的進一步延伸。傳統的網際網路中，連接配接的裝置主要是PC、手機、平闆等個人終端，相當于以“人”為連接配接對象；随着技術的發展，未來的物聯網将會連接配接生産生活中涉及到的幾乎一切裝置，也就是将“萬物”作為連接配接對象。從連接配接人與人到連接配接人與物、物與物，這将是網際網路的一場影響深遠的革命。

既然物聯網的目标是連接配接萬物，物聯網必然要在現有的網際網路，尤其是移動網際網路基礎上進行建設，這樣才能具備廣泛的覆寫能力和良好的相容性。是以，物聯網技術從誕生伊始，就與移動網際網路技術是共生共進的關系。在美國高通公司等行業上司者制定移動網際網路的更新标準——千兆級LTE的相關規範時，特别加入了對物聯網的相關支援，并同時制訂了物聯網的兩大标準：Cat-NB1和Cat-M1。基于這兩大标準，物聯網的建設就有了堅實的基礎。随着千兆級LTE網絡的推廣，物聯網也将迎來爆發式增長的熱潮。

在3GPP開發的4G移動網際網路技術标準第13版（Cat.13）中，引入了一套面向物聯網優化的全新窄帶技術，稱為LTE物聯網。

圖1：LTE物聯網是以LTE移動網際網路為基礎的物聯網技術标準

與傳統的個人計算裝置不同，接入物聯網的裝置對聯網帶寬的要求往往較低，更加重視長時間工作的穩定性、持續性，同時希望聯網消耗的電力與相關的成本盡可能減少。在這樣的背景下，高通公司主導提出了能夠高效支援較低資料速率應用的兩個全新使用者裝置（UE）類别，分别适用于LTE Cat-M1（eMTC）和LTE Cat-NB1（NB-IoT）标準。前者可以提供廣泛的物聯網應用覆寫，并且令物聯網裝置具備一定的計算能力，而後者針對低成本物聯網應用場景進一步縮減了成本和功率。

圖2：LTE物聯網的兩大标準，Cat-M1與Cat-NB1

Cat-M1和Cat-NB1都是4G LTE路線圖的一部分，設計為與現有的LTE基礎設施、頻譜和裝置共存。LTE物聯網帶來了諸多改進，包括降低複雜性支援更低成本的裝置、提供更節能的低功率模式，并使用全新的先進傳輸技術深化覆寫面。LTE物聯網的核心網絡也進行了加強，能夠更高效地處理以物聯網為中心的流量，支援海量的裝置連接配接。

高通公司研發的MDM9206雙模物聯網晶片是最早同時支援LTE物聯網兩大規範的物聯網晶片産品，簡單來說就是物聯網界的“全網通”産品。以這款晶片為例，我們來具體了解一下Cat-M1與Cat-NB1兩種标準的技術細節。

LTE Cat-M1又稱eMTC（增強型機器類型通信），其目的是提供最廣泛的物聯網功能。其最高可實作1Mbps的資料速率，但隻在4G LTE移動網際網路頻譜中使用1.4MHZ裝置帶寬。

Cat-M1可以和現有的LTE正常流量全面共存，也支援語音（VoLTE）連接配接，并具備有限到完全的移動性。在增強型覆寫模式中，Cat-M1還可以獲得15db的信号提升，增強信号的穿透能力與覆寫面。

例如，配備MDM9206物聯網晶片的一種生産線自動巡查小車能夠在1Mbps的通信速率下與控制室連接配接，将傳感器獲得的生産線圖像資料乃至音頻信号實時回傳到位；小車在高速移動時也能保持良好的連接配接性能，且在進入室内結構較複雜、信号不佳的廠區時仍舊可以在增強型覆寫模式的幫助下保持通信。工廠并不需要單獨廠内的物聯網裝置建立私有無線區域網路，因為4G LTE網絡已經在廠區内有着良好的覆寫。

圖3：兩大物聯網标準與LTE正常标準之間的對比

LTE Cat-NB1又稱NB-IoT（窄帶物聯網）。與Cat-M1相比，Cat-NB1進一步降低了裝置複雜性并擴充了網絡覆寫面，進而應對低端物聯網使用場景的需求。

Cat-NB1使用窄帶工作，僅在LTE網絡中消耗200Khz的裝置帶寬，實作數十kbps的資料速率。與Cat-M1相比，Cat-NB1犧牲了資料速率和功能（無移動能力和語音支援），但信号有5db的額外增益，覆寫面更加廣泛。

例如，一種配備MDM9206物聯網晶片的固定式道路傳感器安裝在常見的路燈基座中，可以收集周圍路面的噪聲、空氣品質、車流量等資料，并通過LTE物聯網間隔地傳回市政資料庫。由于Cat-NB1的覆寫面優勢，這種傳感器可以安裝在非常偏遠的道路旁，而無需市政部門為其提供額外的網絡建設支援。

從上文的介紹中我們能夠注意到，雖然兩種物聯網标準有着較大的差別，适用于不同的應用場景，但是高通公司的MDM9206物聯網晶片卻可以同時支援這兩大标準，相容兩類應用環境。這就是高通公司在物聯網晶片方面的重要創新：雙模物聯網技術。

物聯網晶片是裝置接入物聯網的關鍵，相當于移動網際網路終端的數據機，其重要性不言而喻。但相較移動終端，物聯網裝置對物聯網晶片的功率、成本都有非常嚴格的限制，這就對物聯網晶片的水準提出了很高的要求。

與此同時，兩大物聯網應用場景并不是互斥的。事實上，很多物聯網裝置需要經常在移動/高速率與固定/低速率兩種工作狀态間來回切換，這就意味着它們需要同時相容兩種物聯網标準，并在兩種網絡間迅速、無縫地切換。例如，遠端傳感器在平時以低速模式間斷傳輸正常資料，遇到突發事件時就要切換到高速模式，實時傳送視訊、音頻等複雜資訊；共享單車在騎行狀态下以移動模式與控制中心通信，而停放時則切換到固定模式以節約電力，等等。

另外，在營運商部署LTE物聯網的過程中，Cat-M1與Cat-NB1兩大标準的推廣并不是完全同步的。可能出現的情況是，某些地區先上馬了M1，某些地區則先推廣了NB1。是以，業務範圍廣泛的企業在部署物聯網裝置時，更需要考慮大批量采購的裝置對兩種規範的良好相容性，以降低部署成本和難度。

是以，開發物聯網裝置的企業要使自己的産品具備競争優勢，獲得更多客戶的青睐并迅速推廣，就需要為裝置同時提供對兩種物聯網規範的良好支援能力，同時還要保持較低的成本和裝置功耗。顯然，實作這一目标的關鍵就在于物聯網晶片。

高通公司的雙模物聯網晶片正是在預見到了這一市場趨勢而研發的産品。MDM9206雙模物聯網晶片在單晶片内實作了對Cat-M1和Cat-NB1的完整支援，同時具備出色的可靠性、足夠低的功耗和非常有競争力的全壽命期成本。

圖4：高通MDM9206雙模物聯網晶片參數

MDM9206同時支援TDD和FDD兩大LTE标準，使裝置可以相容不同國家、不同營運商的LTE網絡；支援GPS、GLONASS、北鬥和伽利略幾大衛星定位技術，在各大洲都能有出色的定位能力；基于Cortex-A7核心的處理器最高工作在1.3GHZ，兼具性能和低功耗特性；同時支援Linux和ThreadX軟體平台，相容性更出色。此外，MDM9206還支援高通受信任執行環境、加密引擎、安全啟動等多項安全功能，保護物聯網裝置不受惡意攻擊等網絡威脅的影響。

在MDM9206雙模物聯網晶片的支援下，物聯網裝置就能在全球各國的各種環境、各種LTE标準、定位标準、軟體開發環境下都發揮出色的連接配接能力。研發一款物聯網裝置，立刻就能推銷到全球數十個重要市場，大大增強了裝置開發企業的競争力，顯著降低了企業研發、推廣中的市場風險。

與此同時，雙模物聯網晶片的普及也将明顯降低營運商在推廣LTE物聯網，進行相關建設時的難度。營運商可以根據自身的能力與各地區的具體情況更加靈活地安排網絡建設，而不用太過顧及物聯網裝置的相容性。高通公司也在與營運商合作，為他們增強LTE網絡對物聯網的核心支援能力，更好地适應物聯網裝置的聯網需求。

圖5：已經有諸多物聯網裝置研發企業選擇了高通公司MDM9206雙模物聯網晶片

解決了營運商與物聯網裝置開發企業的需求痛點，物聯網推廣、普及的最大障礙就不複存在了。由此可見，高通公司的雙模物聯網晶片是開啟物聯網時代的關鍵環節，其對整個産業的良性發展是至關重要的。相比之下，競争對手的單模物聯網晶片基本上不具備實用性，難以适應物聯網時代的複雜需求，事實上已經被市場淘汰。

在成功推出雙模物聯網技術與MDM9206物聯網晶片後，高通公司又将眼光轉向了未來的物聯網技術發展。

圖6：5G物聯網願景

預計在2019年開始部署的5G移動網際網路技術将為物聯網帶來更大的機遇。5G将是連接配接新行業、支援新服務并營造新使用者體驗的更強大統一連接配接平台，而物聯網将是5G不可或缺的一部分。

圖7：高通公司在5G物聯網技術中的創新

高通公司已經在5G路線圖中引入了多項關于物聯網支援的增強技術，包括RSMA（資源擴充多址接入）、多跳網狀網、廣域網管理、關鍵任務控制物聯網服務等多項創新。在這些技術的幫助下，5G時代的物聯網将具備前所未有的強大能力，支援海量級的物聯網裝置，完全實作萬物互連的偉大願景。

與此同時，可以預計在下一個十年，高通公司将主導物聯網時代的發展和普及過程，在物聯網産業中占據最重要的地位。高通公司的夢想——從連接配接人與萬物到連接配接萬物，也将在不久的将來成為現實，使我們的生活更加美好和便利。

本文作者：木子