[转帖]你们知道LTE Cat.1到Cat.10 那Cat.0呢？

你们知道LTE Cat.1到Cat.10 那Cat.0呢？

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1大背景：再不知道Cat.x是啥玩意就真out了

写在前面

　　本期《干货铺》选这一题材的直接原因是最近我发的一篇名为《基于华为三载波方案 全球最快4G进中国！》的新闻报道，大意就是香港HKT使用华为三载波聚合方案成功打破LTE-A商用的速率纪录，达到Cat.9下行450Mbps，然后突然意识到是不是需要再向网友普及一下Cat.x即UE-Category这个无线通讯领域的基础知识。
　　另声明，文章部分资料参考于微信公众号“网络雇佣军”。

　　【PConline 干货铺】到了LTE时代，我们看到Cat.x的次数越来越多，不过我敢打赌，很少有人买手机会问“老板，这cat几的？”，否则很可能被当作是神经病。事实上，终端厂商也很少提这个词，因为实在也没那个必要。

　　消费者这边，唯一关心的是你这个4G手机是移动版还是联通版还是电信版，通讯上的问题仅限于此。包括下行速率：他们会觉得TD 100Mbps跟FDD 150Mbps甚至是LTE-A的300Mbps下行其实没什么拼头，因为瓶颈在那里，需求够了就行了，再多那就浪费了。包括天线：“老板，这手机几根天线？”，估计此时老板脸快挂不住了。包括上行速率：都是50Mbps，没必要问。

　　但是，随着LTE也就是如今TD-LTE和FDD-LTE的演进，伪4G（3.9G）必将扶正成为被3GPP组织和ITU国际电信联盟认可的真正的4G：LTE-A（LTE-Advanced）。到那时，你再不知道Cat.9比Cat.6厉害，Cat.6比Cat.4厉害，Cat.x究竟是什么玩意时那你就真厉害了。

　　一些人可能知道Cat.1~Cat.10，知道Release 8、Release 10、Release 11（通常会简称R8、R10、R11或Rel.x这样），但谁又知道还有个被3GPP写入Release 12的Cat.0的存在？其实，R12就没打算跟其他兄弟姐妹玩，Cat.0的设计也并非用以划归到衡量传统蜂窝网络，它的出生目前只为三个字：物联网。

　　风来了，就上

　　在介绍UE-Category和Cat.0之前，先要知道如今的大背景，应了那句话：风来了，果断上。趋势已现紧随而来的便是各种业界预测，思科方面去年就发布调研报告称，到2020年，将有500亿设备接入互联网，市场规模将达到19万亿美元；IDC报告则指出，到2020年，全球的物联网市场规模将从2012年的4.8万亿美元增长到8.9万亿美元，届时，将有300亿设备接入互联网。

　　各家的预测数字有所不同，但一致的是大都持着乐观的态度，看好物联网市场。盖茨他老人家不是也说了吗：“谁把物联网吃透了就是下一个世界首富。”

熟悉吧，著名的“未来之屋”

　　现今，全世界的巨头企业都在将目光看向物联网，能做传感的出芯片，能做终端的出设备，有钱的出钱，有技术的出技术。国内这边号称将研发重点放在布局智能家居、智慧城市、智慧交通、智慧医疗等生态上的厂商也不在少数。

　　种种声音都在告诉我们一件事：大风真的要来了——商企迎来机遇，把握着互联网脉络和血液的电信运营商们，更是嗅到了全球通信市场大萧条后的重磅惊喜。

　　但，一个棘手的问题来了……>>

　　插播一条广告。《干货铺》栏目已经上线一段时间了，很多“货”受到了主顾们的好评，看到亲们积极的评论和评价，掌故的深感欣慰。店铺现在虽说不大，但绝对都是涨姿势的真材实料。以后，我们也会一直坚持做有价值的干货文章，承诺绝不敷衍了事。店铺不定时上新，还需要亲们多多关注和照顾，掌柜的先行谢过了~

2UE-Category是什么？Cat.0又是什么？

　　蛋糕在那里摆着，但你的胃只有那么大，或许还犯了点小病，又或许你凑巧有糖尿病，导致的结果就是只能干看着。

　　上，也要看准了上

　　我们先来做个计算题，假设思科的预测准确，500亿接入设备中，刨去100亿连接手机和PC，剩下的400亿去直接连接互（物）联网，按照目前的技术水平，在理想情况下，全球的蜂窝网络估计也只能容纳2%（约8亿）的物联网设备接入。

　　8亿？一个中国的手机用户数就能把全球所有预留给物联网设备的蜂窝网冲垮了……

　　思科的500亿说的太理想太玄乎？那换IDC的300亿来，刨去50亿也有250亿的冲击力。再者还有个重要因素，那就是刨去蜂窝网技术，支持物联网无线通讯接入的技术还有很多，比如大家熟悉的蓝牙、zigbee、802.11ah等，可见，物联网设备给予互联网的压力巨大。所以，光指着蜂窝网络显然是捉襟见肘的，或者说用现有的Cat.1-10规范是不切实际的。而且这里边还有一层资源利用率的问题，Cat.1-10的带宽对于一台低流量的物联网设备来说实在有点小巫见大巫。

　　如此一来，就需要一个新的UE-Category规范。它需要完全打翻现有追求高无线性能的向上堆叠，而是向下做有针对性的耦合，独立于Cat.1-10（准确来讲应该是Cat.2-10），那么，Cat.1再往下就是Cat.0了。

　　UE-Category是什么？

　　Cat.几几几说的就是UE-Category，分开来看，UE是用户设备（user equipment ），Category英文是分类、类别的意思，所以很直观地，Cat.x这个值就是用来衡量用户终端设备无线性能的，说白了就是用来划分终端速率（等级）的。然后，根据3GPP Release定义，UE-Category被分为1-10共10个等级，其中Cat.1-5在R8组，Cat.6-8在R10组，Cat.9-10在R11组。

　　实际上从上表，大家也能看出所谓的Cat.0的特殊性了。

　　Cat.0又是什么？

　　那么，新的Cat.0究竟规范了什么？有何特别之处？

当然，这货可不是Cat.0

　　Cat.0是被写入3GPP Rel.12的新标准，控制了上下行速率，可以达到更低功耗，显然是专门为物联网设备准备的。另外根据3GPP的想法，Cat.1的性能其实最终也将连同Cat.0服务于物联网市场。“实现低功耗、低成本的物联网LTE连接的目的。”这一点对于物联网发展尤为重要。

　　但，规范容易，执行难。

　　眼下另一个最突出的问题就是，终端芯片跟进困难，这也成为一条阻碍LTE与物联网联系的难以跨越的鸿沟，十多年前就是如此。利好的消息则是，这些年积极投入的设备和芯片厂家越来越多，他们渴望改（吃）变（到）市（这）场（块）局（蛋）势（糕）。比如前不久，Sequans与Altair公司便相继宣布将在近期推出Cat.0和Cat.1芯片组。

　　简单的了解以后，咱们下面往细了说说Cat.0究竟特别定义了哪些东西。>>

3Cat.0特别定义了哪些东西？

　　Cat.0特别定义了哪些东西？

　　细说Cat.0的话就要引入另一个概念了：LTE-M，也就是M2M技术。下面就来看看通过M2M对LTE所作的三大优化：

　　第一个，设备成本

　　尽管大量设备接入会带来巨大商业价值，但连接设备的成本却是一个大问题。我们知道，连接蜂窝网络的设备需要芯片支持，目前LTE芯片都支持到了几百Mpbs，那问题就来了：芯片支持的速率越高，硬件就越复杂，成本也就越高。回过头来，物联网M2M应用实际并不需要这么高的速率，甚至有些设备连接只需几百bps就够了。因此，为了压缩设备成本，就必须简化芯片。

　　第二个，电池寿命

　　我们可以忍受每天给手机、平板充电，但你一定不想再把众多的物联网设备加进来，那样实在太费神了，这就又涉及到一个维护成本的问题。如此一来，我们就需要物联网设备可以长待机，电池寿命要有保障。尤其对于一些特殊的类似告警类的应用，一旦电池耗尽，通信中断，可能会造成重大损失。

　　第三个，增强覆盖

　　别以为物联网M2M应用全部都是短距传输，所以，足够的覆盖能力也很重要。举个简单的例子，智能水表，这玩意通常都安装在地下室或建筑物内隐蔽的地方，而这些地方往往是信号盲区。所以，适当的增强覆盖也是需要考虑的一件事情。

　　接下来我们就细看一下3GPP的做法。（以下内容偏专业，较枯燥，大家选看~）

　　设备成本

　　为了减少设备成本，R12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压缩设备成本，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），该模式启动后允许在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、不仅降低速率需求，处理器计算能力和存储能力也进行控制；

　　据说，3GPP在R13版本的制定上还会做进一步的优化，比如取消发射分集，不再支持MIMO，支持小于1.4MHz更低的带宽以及更低的传输速率。

　　来看看目前的R12 Cat.0与Cat.1、Cat.4以及未来R13版本的特征比较：

　　电池寿命

　　为了省电，R12采用了一种叫做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。

　　当设备进入到省电模式便不再接收寻呼消息，看起来和网络失联，但其实它仍然注册在网络中。设备将一直保持这种省电模式，直到它需要主动向网络发送信息，比如周期性TAU，发送上行数据等。

　　据说，采用这种方案，两节5号电池可以用10年以上。

　　如上图，如果DRX不连续接收循环为10分钟，设备每周上传一次数据，这样，两节5号电池可以用132个月（11年）之久。

　　增强覆盖

　　在增强覆盖方面，LTE-M采用的技术包括：放大数据和参考信号发射功率、重传和降低性能需求，比如，允许更长时延和更高的误码率。采用这些技术，覆盖性能可以提升20dB。

　　总之，当我们在要求移动蜂窝网络更快，再给点劲儿时，物联网却不停在喊，慢点，慢点。。也许将来3GPP还会搞出一个比Cat.0更低的等级，不过到那时该怎么命名呢？Cat.-1？