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LTE基础：LTE Cat.0 是什么？

时间：2015-03-12　来源：中国集群通信网　作者：张涛涛　点击：次

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据说，到2020年，有500亿设备要连接网络，这是未来物联网的广阔前景。好消息，以后运营商也不用跪着发展客户了，坐等设备连接就好了！

不过，没那么乐观！支持物联网的无线技术太多，蜂窝网络也只是其中一小部分而已。

做个计算题，假设500亿连接设备中，减去100亿连接手机和PC，剩下400亿去连接物联网，按照目前的蜂窝网技术，估计只有2%（约8亿）的物联网设备可接入蜂窝网络。

才8亿？我泱泱中华的手机用户数都超过啦，何况物联网那点流量，呵呵！

为了解决这些问题，Cat.0就来了！

什么是Cat.0？

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。

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）。

据说，采用这种方案，两节5号电池可以用10年以上。