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LTE CAT1到CAT10, CAT0及物联网

时间:2020-09-25浏览:1678

Cat.即UE-Category,根据3GPP的定义,UE-Category分为1~10共10个等级,其中Cat.1-5为R8定义,Cat.6-8为R10定义,Cat.9-10为R11定义。

如上图,UE-Category主要定义了UE终端能支持的上下行速率。

Cat.0是被写入3GPP Rel.12标准,支持更低速率、更低功耗版本的LTE终端等级。Cat.0 和 Cat.1都是指向广阔的物联网市场,实现更低功耗、更低成本物联网设备连接到LTE网络。支持更低Category,对可穿戴设备、智慧家庭和智慧电表等物联网应用非常关键。

不过,一直以来,无论是网络还是终端芯片,LTE与物联网之间总是存在一条难以跨越的鸿沟,不过,随着这些年一些通信设备公司和芯片公司的积极投入,可望改变市场局势,为LTE网络连接物联网提供更广阔的前景。比如,前不久,Sequans与Altair相继宣布近期将推出Cat.0和Cat.1芯片组。


为什么要定义Cat.0呢?

为了应对物联网,LTE-M(M2M)必须对LTE网络进行几个方面的优化:

1)设备成本

尽管大量设备接入带来巨大价值,但是,连接设备的成本却是一个大问题。 连接蜂窝网络的设备需要芯片支持,为了支持高清视频、在线游戏,目前LTE芯片主要支持几十到几百Mpbs的高速高性能LTE网络。芯片支持的速率越高,硬件就越复杂,成本也就越高。物联网M2M应用并不需要这么高的速率,甚至有些设备间连接只需要几百bps就够了。因此,为了减小设备成本,就得简化芯片来满足物联网M2M应用需求。

2)电池寿命

我们可以每天给手机或平板充电,物联网设备不可能每天甚至每个月为其充电,不仅不方便,而且维护成本上升。一些设备需要长期保持运行状态,一旦电池耗尽,通信中断,可能会导致重大损失。比如,应用于火警联动的设备直接将信号传送至消防中心。超长的电池使用时间,就显得尤为重要。

3)增强覆盖

对于物联网M2M应用,覆盖同样非常重要。一个简单的例子,智能水表都安装在地下室或建筑物内隐蔽的地方。由于信号衰减,通常这些地方信号偏弱。所以,需要提升增强网络覆盖来应对物联网。


设备成本

为了减少设备成本,R12就制定了Cat.0终端等级,实际上,Cat.0指的就是低成本的M2M设备。为了降低设备复杂性和减小设备成本,Cat.0定义了一系列的简化方案,主要包括:

1. 半双工FDD模式(Half duplex FDD).

半双工FDD模式允许在FDD模式下时分复用。

2.减小设备接收带宽到1.4MHz,当然,也可以扩到20MHz。

3.单接收通路,取消RX分集双通路。

4.低速数据速率。不仅降低速率需求,处理器计算能力和存储能力也相对降低。

在R13版本还会有进一步的优化,比如取消发射分集,不再支持MIMO,支持小于1.4MHz更低的带宽,支持更低的数据速率。


关于Cat.0、Cat.1、Cat.4和R13版本的Cat.的特征比较如下图:

为了面向物联网,降低设备成本,除了定义Cat.0终端设备等级外,还需要对电池使用时长和覆盖进行优化。


电池使用寿命

为了省电,R12采用一种叫power saving mode (PSM,省电模式) 的方案。如果设备支持PSM,在附着或TAU(Tracking Area Update)过程中,PSM向网络申请一个激活定时器值。当设备从连接状态转移到空闲状态后,该定时器开始运行。当定时器终止,设备进入省电模式。当设备进入省电模式,设备不再接收寻呼消息,看起来设备和网络失联,但设备仍然注册在网络中。设备将一直保持这种省电模式,直到设备需要主动向网络发送信息(比如周期性TAU,发送上行数据等)。


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