NB-IoT和Cat-M1與Cat-1：如何選擇正确的LTE-IoT标準

計劃在全球實施物聯網或需要更新現有2G和3G蜂窩網絡的公司有多種LTE物聯網标準可供選擇。

首先，有兩個新的LTE标準：NB IoT代表窄帶物聯網；而Cat-M1也被稱為LTE-M，是專為IoT設計的。它們引起了廣泛的關注，被認為是将推動下一代蜂窩IoT部署的技術。營運商已經開始部署這兩個标準。

然後，您可能沒有聽說過第三種選擇，但它最适合當今的全球物聯網部署：稱為Category 1 （Cat-1）的LTE标準。

繼續閱讀，我們将解釋這三種标準的基礎知識，研究它們的優點和局限性，然後詳細說明為什麼應該考慮Cat-1。

什麼是NB-IoT？

NB-IoT是第三代合作夥伴計劃（3GPP）作為蜂窩通信LTE标準第13版的一部分開發的标準。這是一種低功率，廣域網（LPWAN）技術，在許可頻譜上運作，專為具有低帶寬需求的IoT裝置而設計。

與其他現有蜂窩标準相比，它價格低廉，提供了更好的室内覆寫範圍，消耗的功率更少，是以具有更長的電池壽命。

NB-IoT在半雙工模式下的上行速度為66kbps，下載下傳速度為26kbps，這意味着資料一次隻能流向一個方向。它還有1.6到10秒的延遲。

NB-IoT在非常狹窄的帶寬(180 kHz)中運作，可以部署在LTE網絡的保護帶部分，即頻譜中未使用部分的通道之間。

是以，它最适合需要少量、間歇性資料傳輸且延遲無關緊要的簡單IoT裝置。

蜂窩技術提供遠端支援和強大的信号穿透能力，是以适合長距離和室内或地下使用。但是它無法處理蜂窩塔台的切換，是以隻能用于固定式IoT應用。

NB-IoT的用例包括智能瓦斯表、水表和電表、智能城市應用（例如智能路燈和停車傳感器）以及其他不發送頻繁或大量資料的遙感應用。其中包括HVAC控制，工業監控器和監控灌溉系統并檢測洩漏的農業傳感器。

什麼是Cat-M1？

Cat-M1也稱為LTE-M，也是3GPP作為LTE标準第13版的一部分開發的低成本LPWAN技術。它是NB-IoT的補充技術，速度更快，上傳和下載下傳速度為1Mbps，延遲時間更低，為10到15毫秒。

Cat-M1提供足夠快的帶寬，可以替代許多目前的2G和3G IoT應用程式。它與NB-IoT在其他方面有所不同：Cat-M1支援蜂窩塔式越區切換，是以可與移動應用程式配合使用，例如資産跟蹤和車隊管理。它還支援物聯網應用程式中的語音功能，例如醫療警報裝置和家庭報警系統，在這些應用中，人們說話的能力是很重要的。

該标準使用1.4 MHz的帶寬，還具有足夠的吞吐量，可以将固件，軟體和其他安全更新傳輸到IoT裝置（包括完整的Linux作業系統），而NB-IoT無法做到。此外，Cat-M1支援全雙工和半雙工，這意味着公司可以通過選擇半雙工來降低功耗并延長電池壽命。

Cat-M1的良好應用案例包括可穿戴裝置，如健身腕帶、智能手表和自動櫃員機(ATM)，以及資産跟蹤、健康螢幕和警報。它還與窄帶物聯網NB-IoT有一些交叉，可以與智能電表和工業螢幕一起工作。

什麼是Cat-1？

Cat-1是為需要中、低帶寬的物聯網裝置設計的。它是3GPP标準的第8版的一部分，是以它是一個較老的，但仍然是目前的技術。

Cat-1（在全球營運商中已被廣泛采用）提供的上傳速度為5Mbps，下載下傳速度為10Mbps，延遲為50到100毫秒。在全雙工模式下，它使用高達20 MHz的帶寬，并支援塔切換。

Cat-1可以管理NB-IoT和Cat-M1支援的低功耗應用程式，但它也可以支援更高的帶寬需求，因為它比它的兩個同類産品提供更好的性能和更低的延遲。另一方面，與NB-IoT和Cat-M1相比，Cat-1耗電量更大，信号範圍略短。

Cat-1還支援語音和移動IoT應用程式，還為2G和3G應用程式（例如資産跟蹤，智能電表和其他遠端傳感器）提供了良好的遷移路徑。

其他良好的用例包括可穿戴裝置、銷售點終端、自動櫃員機、零售亭、視訊監控、聯網醫療、消費電子裝置和一些車輛遠端資訊處理資料。它還支援共享移動應用，如自行車和滑闆車租賃，以及複雜的物聯網裝置，如數字标牌和自動無人機送貨。

但是，Cat-1的速度不足以滿足未來自動駕駛汽車的需求。為了滿足更高的帶寬需求，Cat-4 LTE标準達到了50Mbps的上傳速度和150Mbps的下載下傳速度，可以更好地處理視訊監控和其他實時視訊應用以及車載熱點和車載資訊娛樂系統。

未來的5G蜂窩網絡将提供高速、低延遲的通信，以支援自動駕駛汽車、醫療保健中的遠端手術以及未來的其他高帶寬應用。

窄帶物聯網NB-IoT和Cat-M1 (LTE-M)的現狀和目前局限性

研究人員預計，随着更多營運商在未來幾年實施這兩項技術，将穩步采用運作在窄帶物聯網和Cat-M1網絡上的物聯網裝置。

根據2019年11月的《愛立信移動性報告》，到2025年底，NB-IoT和Cat-M1預計将占所有蜂窩物聯網連接配接的52％。類似地，在另一項研究中，分析公司ABI Research 預測到2026年，NB-IoT和Cat-M1将占36億LPWAN連接配接的60％。

盡管NB-IoT和Cat-M1提供了許多好處，但目前這兩種技術都存在一些局限性，即它們仍然是新興技術，并且在全球範圍内覆寫範圍仍然有限。

全球覆寫和漫遊能力。北美、歐洲和亞洲的營運商已經開始采用這兩種技術，但由于NB-IoT和Cat-M1是互補技術，一些營運商選擇同時支援這兩種技術。事實上，根據愛立信移動報告，截至2019年11月，在部署了NB-IoT或Cat-M1的114家服務提供商中，近25%已經實作了這兩種服務。

但是，盡管營運商在采用NB-IoT和Cat-M1方面取得了進展，但它們尚未在全球廣泛部署。這限制了漫遊功能。如果您的公司有一個特定的物聯網用例，需要在Cat-M1網絡上的營運商之間漫遊，則由于采用率仍然有限，可能無法實作。

真的是低功耗嗎？ 實際上，NB-IoT和Cat-M1的功耗比Cat-1、2G和3G網絡等以前的蜂窩技術要少。新标準還包括一些其他省電功能，可以進一步降低功耗并延長IoT裝置的電池壽命。但是，這些高度吹捧的功能可能無法兌現其承諾，因為營運商可能未完全支援它們。

更具體地說，NB-IoT和Cat-M1裝置可通過以下兩項功能長時間睡眠：省電模式（PSM）和擴充不連續接收（eDRX）。借助PSM，使用NB-IoT和Cat-M1的IoT裝置可以無限期休眠，然後在預定時間喚醒以發送和接收資料。

使用eDRX，物聯網裝置可以将尋呼周期從正常的1.28秒間隔增加到10.24秒。eDRX技術使IoT裝置能夠休眠預定義數量的超幀或10.24秒的倍數，是以NB-IoT裝置可以休眠多達三個小時，而Cat-M1裝置可以休眠多達40分鐘 。

但是，由于eDRX和PSM的使用不完全由IoT裝置決定，是以對eDRX和PSM節省的電量存在潛在的限制。實際上，這取決于每個特定的載波以及每個載波是否支援所有可用的低功率模式。營運商可能僅會采用部分低功耗模式，這意味着IoT裝置可能無法充分發揮eDRX和PSM的優勢。

為什麼Cat-1是當今的最佳選擇

今天需要在全球部署物聯網的公司應該考慮Cat-1，因為Cat-M1和NB-IoT這兩種新替代品在大多數市場還沒有準備好。

相比之下，Cat-1現在已經可以使用，并且得到了全世界營運商的廣泛支援。它成本低，在物聯網部署中很受歡迎，價格與目前的Cat-M1和NB-IoT子產品差不多。盡管它确實比Cat-M1和NB-IoT消耗更多功率，但它确實使用了相當低的功率并支援更長的距離。

省電很重要。但我們可以這樣看：2G和3G并不是低能耗技術。随着2G和3G網絡的關閉，需要更新物聯網部署的公司會發現，Cat-1比舊的2G和3G網絡更節能。

毫無疑問，Cat-M1和NB-IoT是未來。實際上，3GPP計劃發展NB-IoT和Cat-M1并将其合并為5G标準。

但Cat-1和LTE通常不會很快消失。營運商仍處于5G網絡建設的初期階段，是以，LTE網絡将至少在幾年内保持事實上的标準。即使在那之後，LTE網絡和Cat-1仍将存在，并且在一段時間内不會被淘汰。

簡單地說，如今需要在全球部署物聯網或從2G和3G網絡更新的公司，不能等待Cat-M1和NB-IoT作為一項技術在全球擴張和成熟。Cat-1是一個可行的、強大的解決方案，在今天和未來幾年，為您目前的物聯網需求提供最廣泛、最徹底的覆寫。

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