LTE-M——提供面向未来的物联网

　　CAT-1 LTE调制解调器最初于2008年定义为一种低成本、低功耗的替代方案，用于连接需要传输有限数据量的物联网设备。然而，当时的供应商和网络提供商关注的是更高的吞吐量。实际的设备推出大约是在五六年后开始的。

　　2016年，在最初的CAT-1定义八年后，CAT-1bis在3GPP版本13中最终敲定。新协议预计将进一步降低调制解调器的成本，并通过移除第二根天线来简化设备。这些技术远比4G/LTE(Cat3及以上)更适合物联网，后者是为智能手机和其他要求苛刻的设备设计的，其高昂的成本和功耗需求远远超出了联网公用事业仪表、跟踪器设备、医疗保健设备和其他应用的要求。

　　大约在同一时间，2016年，LTE-M(CAT-M)的规格被冻结，并由3GPP发布。设备制造商和芯片组设计者一直在争论哪个更好。今天，展望未来，很明显，LTE-M的面向未来的技术、更好的覆盖范围和更低的功率成本应该使其成为物联网的蜂窝调制解调器的选择。

　　与LTE-M相比，CAT-1有几个关键优势。它提供了更高的最大吞吐量，这可能是某些应用程序所需的，并且在上载或下载大量数据时功耗更低(传输速度更快，时间更短)，以及略低的延迟。然而，大多数物联网设备很少需要高吞吐量或高容量，因为它们固有地设计为在低数据速率下运行。因此，这些优势并不能为智能城市和公用事业提供一个令人信服的用例。

　　作为一种替代解决方案，CAT-1bis在网络覆盖和成本方面明显逊于LTE-M。虽然它们都使用单一天线，但CAT-1bis的网络覆盖降低了9db，而且仍然比LTE-M贵20%-50%。因此，它并没有提供真正的替代方案。

　　成为5G框架的一部分至关重要

　　公用事业设备设计者和智能城市规划者希望创造能够在未来10-15年内共享数据的互联设备。LTE-M包含在5G框架中。因此，其技术预计将支持到2040年及以后。智能电表和其他关键基础设施应用将继续向可预见的5G未来提供信息。

　　绝对所有旗舰智能手机都支持5G功能大约两年了，5G正在成为任何新智能手机的标准功能。对于运营商来说，智能手机连接是当今的一项主要业务，它驱动着许多频谱管理决策。由于所有智能手机(和新车)都支持5G，世界各地的手机运营商已经开始了从LTE到5G的频谱再造。随着5G设备变得商品化，运营商将面临将其频谱迁移到5G的财务压力。与LTE-M相反，仅由LTE网络支持的CAT-1可能会在2030年完全不受支持。一旦失去这种支持，带有CAT-1的设备将无法传输数据，需要更换。

　　在十年的大部分时间里，我们看到电信运营商和业内人士提出了他们对5G的愿景。这一愿景正在全球范围内实现，增强了物联网，让更多智能城市更接近现实。具有讽刺意味的是，我们可能会看到CAT-1抵制者坚持使用LTE技术。由于LTE在短短八年内得不到支持，没有人能保证它的寿命。

　　仅此一点就足以推动开发人员转向LTE-M，然而，LTE-M还有其他有利因素。

　　测试显示LTE-M提供更可靠的覆盖

　　在CE模式A下，我们看到LTE-M比CAT-1有5 dB的改善。CAT-1的双天线似乎比LTE-M的单天线更有优势。

　　如下图所示，CAT-1和CAT-1bis在良好条件下每秒传输更多的位。然而，随着条件恶化和耦合损耗增加，CAT-1的比特率下降，变得更接近LTE-m。CAT-1 bis在大约145 dB MCL(最小耦合损耗)时完全断开连接，CAT-1在大约149 dB时失去连接。另一方面，LTE-M能够将其连接保持在低至154 dB CL。

　　实际上，LTE-M是一种更强大的解决方案，即使在CAT-1掉线后也能保持连接。

　　LTE-M在恶劣条件和恶劣覆盖区域的扩展覆盖对于关键基础设施应用尤为重要，因为设备经常需要安装在地下室等具有挑战性的接收环境中。系统集成商还必须考虑到，随着时间的推移，由于持续的住房开发，植被生长或城市景观的变化，覆盖率可能会下降。

　　LTE-M的构建成本更低

　　总体而言，LTE-M的相关成本显著低于CAT-1和CAT-1bis。使用LTE-M作为我们的基准，CAT-1bis要贵20%-50%，CAT-1要贵80%。LTE-M在设计中使用更少的硬件。它的设计更简单，元件更少，包括一个天线，不需要昂贵的特定国家SAW滤波器，从而实现ONESKU解决方案。这是规模经济有助于降低成本和简化物流的一个例子。

　　LTE-M的运营成本也低于其竞争对手的技术。LTE-M在节能方面远远优于CAT-1和CAT-1bis。它降低的功耗不仅延长了电池寿命，而且由于电池数量减少，运行成本也更低。

　　放眼未来

　　物联网公用设备旨在长期使用。因此，LTE-M是正确的技术选择。不可否认，LTE-M的吞吐量不如CAT-1。凭借5Mbps的上传和10Mbps的下载，CAT-1可以比LTE-M的1.2Mbps上传和下载速度(3GPP Release 17)更快地移动数据。然而，联网的公用设施通常不需要CAT-1提供的更高吞吐量。他们可以通过LTE-M同样有效地传输数据。

　　这两种技术也具有相当的网络容量，尽管在实践中，LTE-M仅部署6RB，这可能导致网络容量减少以匹配当前需求。这对于联网的公用事业用例来说已经足够了，并且有助于降低运营商的运营费用。LTE-M在较差的覆盖区域提供了更好的延迟，考虑到许多公用事业电表位于网络覆盖较弱的农村地区，这一点非常重要。

　　考虑到LTE-M包含在5G框架中，并将至少持续到2040年，成本更低，符合智能公用事业的要求，因此是公用事业和智能城市开发商的显而易见的选择。

　　作者:Dima Feldman，索尼半导体以色列公司产品管理和营销副总裁。