寫在前面

　　本期《乾貨鋪》選這一題材的直接原因是最近我發的一篇名為《基於華為三載波方案 全球最快4G進中國！》的新聞報道，大意就是香港HKT使用華為三載波聚合方案成功打破LTE-A商用的速率紀錄，達到Cat.9下行450Mbps，然後突然意識到是不是需要再向網友普及一下Cat.x即UE-Category這個無線通訊領域的基礎知識。
　　另宣告，文章部分資料參考於微信公眾號“

　　【PConline 乾貨鋪】到了LTE時代，我們看到Cat.x的次數越來越多，不過我敢打賭，很少有人買手機會問“老闆，這cat幾的？”，否則很可能被當作是神經病。事實上，終端廠商也很少提這個詞，因為實在也沒那個必要。

　　消費者這邊，唯一關心的是你這個4G手機是移動版還是聯通版還是電信版，通訊上的問題僅限於此。包括下行速率：他們會覺得TD 100Mbps跟FDD 150Mbps甚至是LTE-A的300Mbps下行其實沒什麼拼頭，因為瓶頸在那裡，需求夠了就行了，再多那就浪費了。包括天線：“老闆，這手機幾根天線？”，估計此時老闆臉快掛不住了。包括上行速率：都是50Mbps，沒必要問。

　　但是，隨著LTE也就是如今TD-LTE和FDD-LTE的演進，偽4G（3.9G）必將扶正成為被3GPP組織和ITU國際電信聯盟認可的真正的4G：LTE-A（LTE-Advanced）。到那時，你再不知道Cat.9比Cat.6厲害，Cat.6比Cat.4厲害，Cat.x究竟是什麼玩意時那你就真厲害了。

　　一些人可能知道Cat.1~Cat.10，知道Release 8、Release 10、Release 11（通常會簡稱R8、R10、R11或Rel.x這樣），但誰又知道還有個被3GPP寫入Release 12的Cat.0的存在？其實，R12就沒打算跟其他兄弟姐妹玩，Cat.0的設計也並非用以劃歸到衡量傳統蜂窩網路，它的出生目前只為三個字：物聯網。

　　風來了，就上

　　在介紹UE-Category和Cat.0之前，先要知道如今的大背景，應了那句話：風來了，果斷上。趨勢已現緊隨而來的便是各種業界預測，思科方面去年就釋出調研報告稱，到2020年，將有500億裝置接入網際網路，市場規模將達到19萬億美元；IDC報告則指出，到2020年，全球的物聯網市場規模將從2012年的4.8萬億美元增長到8.9萬億美元，屆時，將有300億裝置接入網際網路。

　　各家的預測數字有所不同，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。”

熟悉吧，著名的“未來之屋”

　　現今，全世界的巨頭企業都在將目光看向物聯網，能做感測的出晶片，能做終端的出裝置，有錢的出錢，有技術的出技術。國內這邊號稱將研發重點放在佈局智慧家居、智慧城市、智慧交通、智慧醫療等生態上的廠商也不在少數。

　　種種聲音都在告訴我們一件事：大風真的要來了——商企迎來機遇，把握著網際網路脈絡和血液的電信運營商們，更是嗅到了全球通訊市場大蕭條後的重磅驚喜。

　　但，一個棘手的問題來了……>>

　　插播一條廣告。《乾貨鋪》欄目已經上線一段時間了，很多“貨”受到了主顧們的好評，看到親們積極的評論和評價，掌故的深感欣慰。店鋪現在雖說不大，但絕對都是漲姿勢的真材實料。以後，我們也會一直堅持做有價值的乾貨文章，承諾絕不敷衍了事。店鋪不定時上新，還需要親們多多關注和照顧，掌櫃的先行謝過了~

　　蛋糕在那裡擺著，但你的胃只有那麼大，或許還犯了點小病，又或許你湊巧有糖尿病，導致的結果就是隻能幹看著。

　　上，也要看準了上

　　我們先來做個計算題，假設思科的預測準確，500億接入裝置中，刨去100億連線手機和PC，剩下的400億去直接連線互（物）聯網，按照目前的技術水平，在理想情況下，全球的蜂窩網路估計也只能容納2%（約8億）的物聯網裝置接入。

　　8億？一箇中國的手機使用者數就能把全球所有預留給物聯網裝置的蜂窩網沖垮了……

　　思科的500億說的太理想太玄乎？那換IDC的300億來，刨去50億也有250億的衝擊力。再者還有個重要因素，那就是刨去蜂窩網技術，支援物聯網無線通訊接入的技術還有很多，比如大家熟悉的藍芽、zigbee、802.11ah等，可見，物聯網裝置給予網際網路的壓力巨大。所以，光指著蜂窩網路顯然是捉襟見肘的，或者說用現有的Cat.1-10規範是不切實際的。而且這裡邊還有一層資源利用率的問題，Cat.1-10的頻寬對於一臺低流量的物聯網裝置來說實在有點小巫見大巫。

　　如此一來，就需要一個新的UE-Category規範。它需要完全打翻現有追求高無線效能的向上堆疊，而是向下做有針對性的耦合，獨立於Cat.1-10（準確來講應該是Cat.2-10），那麼，Cat.1再往下就是Cat.0了。

　　UE-Category是什麼？

　　Cat.几几幾說的就是UE-Category，分開來看，UE是使用者裝置（user equipment ），Category英文是分類、類別的意思，所以很直觀地，Cat.x這個值就是用來衡量使用者終端裝置無線效能的，說白了就是用來劃分終端速率（等級）的。然後，根據3GPP Release定義，UE-Category被分為1-10共10個等級，其中Cat.1-5在R8組，Cat.6-8在R10組，Cat.9-10在R11組。

　　實際上從上表，大家也能看出所謂的Cat.0的特殊性了。

　　Cat.0又是什麼？

　　那麼，新的Cat.0究竟規範了什麼？有何特別之處？

當然，這貨可不是Cat.0

　　Cat.0是被寫入3GPP Rel.12的新標準，控制了上下行速率，可以達到更低功耗，顯然是專門為物聯網裝置準備的。另外根據3GPP的想法，Cat.1的效能其實最終也將連同Cat.0服務於物聯網市場。“實現低功耗、低成本的物聯網LTE連線的目的。”這一點對於物聯網發展尤為重要。

　　但，規範容易，執行難。

　　眼下另一個最突出的問題就是，終端晶片跟進困難，這也成為一條阻礙LTE與物聯網聯絡的難以跨越的鴻溝，十多年前就是如此。利好的訊息則是，這些年積極投入的裝置和晶片廠家越來越多，他們渴望改（吃）變（到）市（這）場（塊）局（蛋）勢（糕）。比如前不久，Sequans與Altair公司便相繼宣佈將在近期推出Cat.0和Cat.1晶片組。

　　簡單的瞭解以後，咱們下面往細了說說Cat.0究竟特別定義了哪些東西。>>

　　Cat.0特別定義了哪些東西？

　　細說Cat.0的話就要引入另一個概念了：LTE-M，也就是M2M技術。下面就來看看通過M2M對LTE所作的三大優化：

　　第一個，裝置成本

　　儘管大量裝置接入會帶來巨大商業價值，但連線裝置的成本卻是一個大問題。我們知道，連線蜂窩網路的裝置需要晶片支援，目前LTE晶片都支援到了幾百Mpbs，那問題就來了：晶片支援的速率越高，硬體就越複雜，成本也就越高。回過頭來，物聯網M2M應用實際並不需要這麼高的速率，甚至有些裝置連線只需幾百bps就夠了。因此，為了壓縮裝置成本，就必須簡化晶片。

　　第二個，電池壽命

　　我們可以忍受每天給手機、平板充電，但你一定不想再把眾多的物聯網裝置加進來，那樣實在太費神了，這就又涉及到一個維護成本的問題。如此一來，我們就需要物聯網裝置可以長待機，電池壽命要有保障。尤其對於一些特殊的類似告警類的應用，一旦電池耗盡，通訊中斷，可能會造成重大損失。

　　第三個，增強覆蓋

　　別以為物聯網M2M應用全部都是短距傳輸，所以，足夠的覆蓋能力也很重要。舉個簡單的例子，智慧水錶，這玩意通常都安裝在地下室或建築物內隱蔽的地方，而這些地方往往是訊號盲區。所以，適當的增強覆蓋也是需要考慮的一件事情。

　　接下來我們就細看一下3GPP的做法。（以下內容偏專業，較枯燥，大家選看~）

　　裝置成本

　　為了減少裝置成本，R12制定了Cat.0終端等級。實際上，Cat.0指的就是低成本的M2M裝置。為了降低裝置複雜性和壓縮裝置成本，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），該模式啟動後允許在FDD模式下時分複用；
　　2、減小裝置接收頻寬到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、不僅降低速率需求，處理器計算能力和儲存能力也進行控制；

　　據說，3GPP在R13版本的制定上還會做進一步的優化，比如取消發射分集，不再支援MIMO，支援小於1.4MHz更低的頻寬以及更低的傳輸速率。

　　來看看目前的R12 Cat.0與Cat.1、Cat.4以及未來R13版本的特徵比較：

　　電池壽命

　　為了省電，R12採用了一種叫做power saving mode（PSM，省電模式）的方案。如果裝置支援PSM，在附著或TAU（Tracking Area Update）過程中，PSM向網路申請一個啟用定時器值。當裝置從連線狀態轉移到空閒狀態後，該定時器開始執行。當定時器終止，裝置進入省電模式。

　　當裝置進入到省電模式便不再接收尋呼訊息，看起來和網路失聯，但其實它仍然註冊在網路中。裝置將一直保持這種省電模式，直到它需要主動向網路傳送資訊，比如週期性TAU，傳送上行資料等。

　　據說，採用這種方案，兩節5號電池可以用10年以上。

　　如上圖，如果DRX不連續接收迴圈為10分鐘，裝置每週上傳一次資料，這樣，兩節5號電池可以用132個月（11年）之久。

　　增強覆蓋

　　在增強覆蓋方面，LTE-M採用的技術包括：放大資料和參考訊號發射功率、重傳和降低效能需求，比如，允許更長時延和更高的誤位元速率。採用這些技術，覆蓋效能可以提升20dB。

　　總之，當我們在要求移動蜂窩網路更快，再給點勁兒時，物聯網卻不停在喊，慢點，慢點。。也許將來3GPP還會搞出一個比Cat.0更低的等級，不過到那時該怎麼命名呢？Cat.-1？