【摘要】：Cat.0實現更低功耗、更低成本物聯網設備連接到LTE網絡，兩節普通5號電池可以用10年以上！
在介紹Cat.0之前，我們來看一下移動通信技術遵循的發展規律：每10年經歷一次跨越。
伴隨著移動通訊技術發展的是不斷壯大的物聯網市場，思科去年就發布調研報告稱，到2020年，將有500億設備接入互聯網，市場規模將達到19萬億美元；IDC報告則指出，到2020年，全球的物聯網市場將有300億設備接入互聯網。
各家的預測數字雖有所不同，但一致的是大都持著樂觀的態度，看好物聯網市場。蓋茨他老人家不是也說了嗎：“誰把物聯網吃透了就是下一個世界首富。”
我們先來做個計算題，假設思科的預測準確，500億接入設備中，刨去100億連接手機和PC，剩下的400億去直接連接互（物）聯網，按照目前的技術水平，在理想情況下，全球的蜂窩網絡估計也只能容納2%（約8億）的物聯網設備接入。
8億？截至2015年12月底，我國手機用戶數達13.06億戶，也就是說一個中國的手機用戶數就能把全球所有預留給物聯網設備的蜂窩網沖垮了……
有人可能會覺得思科的500億的預測太過于理想化，萬一未來像IDC預測的那樣呢？刨去100億也有200億的沖擊力。另外，M2M設備通信領域深耕多年的宏電首席技術官還給出了兩個重要因素。第一，撇開蜂窩網技術，支持物聯網無線通訊接入的技術還有很多，比如大家熟悉的藍牙、zigbee、802.11ac等，可見，物聯網設備給予互聯網的壓力巨大。所以，光指著蜂窩網絡顯然是捉襟見肘的，或者說用現有的Cat.1-10規范是不切實際的。第二，資源利用率的問題，一臺低流量的物聯網設備通過Cat.1-10的帶寬上網，就好比一輛自行車走在高速公路上，實在有點大材小用。
如此一來，就需要一個新的UE-Category規范。它需要完全打翻現有追求高無線性能的向上堆疊，而是向下做有針對性的耦合，獨立于Cat.1-10（準確來講應該是Cat.2-10），那么，Cat.1再往下就是Cat.0了。
那么，什么是Cat.0？
Cat.即UE-Category，主要定義了UE終端能支持的上下行速率。根據3GPP的定義，UE-Category分為1~10共10個等級，其中Cat.1-5為R8定義，Cat.6-8為R10定義，Cat.9-10為R11定義。
由圖可見，Cat.1-8上下行速率依次遞增。Cat.0將是比cat.1上下行速率更低的等級。
據宏電透露，目前物聯網市場上LTE MTC技術處于起步階段，絕大多數的廠家采用了規避方案實現Cat.1的產品，即使用Cat.4降速支持Cat.1，但該方案對于功耗和成本問題均沒有實現徹底解決。盡管如此，在巨大市場蛋糕的誘惑下，真正的Cat.0問世也只是時間問題，這個時間不會太久，它一定會趕在真正的市場需求爆發之前出來。
Cat.0實現更低功耗、更低成本物聯網設備連接到LTE網絡
為了達到這個目標，LTE-M(M2M)必須對LTE網絡進行幾個方面的優化：
1)設備成本
盡管大量設備接入帶來巨大價值，但是，連接設備的成本卻是一個大問題。 連接蜂窩網絡的設備需要芯片支持，為了支持高清視頻、在線游戲，目前LTE芯片主要支持幾十到幾百Mpbs的高速高性能LTE網絡。芯片支持的速率越高，硬件就越復雜，成本也就越高。物聯網M2M應用并不需要這么高的速率，甚至有些設備間連接只需要幾百bps就夠了。因此，為了減小設備成本，就得簡化芯片來滿足物聯網M2M應用需求。
為了減少設備成本，R12就制定了Cat.0終端等級，實際上，Cat.0指的就是低成本的M2M設備。為了降低設備復雜性和減小設備成本，Cat.0定義了一系列的簡化方案，主要包括：
1. 半雙工FDD模式(Half duplex FDD).
半雙工FDD模式允許在FDD模式下時分復用。
2.減小設備接收帶寬到1.4MHz，當然，也可以擴到20MHz。
3.單接收通路，取消RX分集雙通路。
4.低速數據速率。不僅降低速率需求，處理器計算能力和存儲能力也相對降低。
在R13版本還會有進一步的優化，比如取消發射分集，不再支持MIMO，支持小于1.4MHz更低的帶寬，支持更低的數據速率。
關于Cat.0、Cat.1、Cat.4和R13版本的Cat.的特征比較如下圖：
為了面向物聯網，降低設備成本，除了定義Cat.0終端設備等級外，還需要對電池使用時長和覆蓋進行優化。
2)電池壽命
物聯網設備遍布各行各業的各個角落，不可能像我們的手機一樣每天為其充電，甚至每個月充一次電的維護成本也是不敢想象的。一些設備需要長期保持運行狀態，一旦電池耗盡，通信中斷，可能會導致重大損失。比如，應用于山洪預警的設備直接將信號傳送至預警控制中心。超長的電池使用時間，就顯得尤為重要。
為了省電，R12采用一種叫power saving mode (PSM，省電模式) 的方案。如果設備支持PSM，在附著或TAU(Tracking Area Update)過程中，PSM向網絡申請一個激活定時器值。當設備從連接狀態轉移到空閑狀態后，該定時器開始運行。當定時器終止，設備進入省電模式。當設備進入省電模式，設備不再接收尋呼消息，看起來設備和網絡失聯，但設備仍然注冊在網絡中。設備將一直保持這種省電模式，直到設備需要主動向網絡發送信息(比如周期性TAU，發送上行數據等)。
據說，采用這種方案，兩節5號電池可以用10年以上。
如上圖，如果DRX不連續接收循環為10分鐘，設備每周上傳一次數據，這樣，兩節5號電池可以用132月(11年)之久。
3)增強覆蓋
對于物聯網M2M應用，覆蓋同樣非常重要。一個簡單的例子，智能水表都安裝在地下室或建筑物內隱蔽的地方。由于信號衰減，通常這些地方信號偏弱。所以，需要提升增強網絡覆蓋來應對物聯網。
在增強覆蓋方面，LTE-M采用的技術包括：放大數據和參考信號發射功率、重傳、和降低性能需求，比如，允許更長時延和更高的誤碼率。采用這些技術，覆蓋性能可以提升20dB。
宏電最后還提到，當我們在要求手機或者平板上網速度更快，再給點力點時，物聯網卻不停在喊，慢點，再慢點。萬億級物聯網市場撲面而來，低速率、低功耗的cat.0模塊產品顯然會成為香饃饃。也許將來3GPP還會定義一個比Cat.0更低的等級。
