選擇LTE標準

當您設(shè)計蜂窩物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品時，您必須從一開始就規(guī)劃連接。很快，你就面臨一個艱難的選擇：選擇LTE標準。你應(yīng)該為哪個4G LTE(或5G NR)標準設(shè)計?答案將決定您的連接技術(shù)的發(fā)展方向，從使用哪種芯片組和模塊到與您合作的移動網(wǎng)絡(luò)運營商。

如果您正在為大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署進行設(shè)計，從智能電表到可穿戴消費設(shè)備再到工業(yè)自動駕駛汽車，LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)為您提供了四種選擇。(隨著2030年的到來，這些可能會發(fā)生變化，4G LTE網(wǎng)絡(luò)將讓位于5G新無線電[NR]…但我們將在另一篇文章中討論這一轉(zhuǎn)變及其對設(shè)備制造商的影響。)目前，請繼續(xù)閱讀關(guān)于哪種LTE標準將為您的產(chǎn)品提供最大價值的提示，包括每種標準的常見使用案例。

面向大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的4種LTE標準

今天的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)連接生態(tài)系統(tǒng)提供了這些LTE標準，每個標準都適用于不同的場景。以下是今天的選擇，以及每種選擇的一些標準應(yīng)用:

1、LTE Cat 1

長期演進(LTE)網(wǎng)絡(luò)規(guī)定了數(shù)據(jù)在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中傳輸時的大小限制。在2008年，標準化權(quán)威3GPP發(fā)布了版本8，其沿著五個類別定義了用戶設(shè)備(UE)的規(guī)范。

其中的第一個類別—LTE Cat 1—定義了每秒上傳5兆字節(jié)(5 Mbps UL)和下載10 Mbps(10 Mbps下行)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。這使得LTE Cat 1成為第一個專為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計的標準，物聯(lián)網(wǎng)通常要求比手機上的網(wǎng)飛流更低的數(shù)據(jù)速率。

你可能認為2008年首次出現(xiàn)的標準已經(jīng)過時了。事實上，情況正好相反:因為LTE Cat 1是一項成熟的技術(shù)，它基本上隨處可用，并且它提供了足夠的數(shù)據(jù)吞吐量來支持各種各樣的用例。事實并非總是如此，我們將在關(guān)于NB-IoT和Cat-M的報道中討論該列表中的第三和第四項。

2、LTE Cat 1bis

LTE Cat 1模塊使用兩根天線。對于希望節(jié)省空間或削減成本的設(shè)備制造商來說，一個天線可能更合適。進入LTE Cat 1bis，它本質(zhì)上是LTE Cat 1標準(5 Mbps UL和10 Mbps DL)在單天線硬件上的一個版本。

與雙天線模塊相比，Cat 1bis模塊可能會失去一些覆蓋范圍，但這種差異很少轉(zhuǎn)化為用戶體驗。當se quans——Calliope芯片組(第一個針對Cat 1優(yōu)化的LTE平臺)的生產(chǎn)商——進行現(xiàn)場測試時，他們發(fā)現(xiàn)與雙天線Cat 1模塊相比，單天線僅損失了幾個分貝的覆蓋范圍，并且該平臺的高級信號處理技術(shù)可以減輕這種損失。

此外，蜂窩網(wǎng)絡(luò)通常受到上行鏈路的限制，導致客戶在使用一根或兩根天線時感受到的差異很小，甚至沒有差異，正如數(shù)百萬客戶在現(xiàn)實部署中僅使用一根天線所報告的那樣。這表明了Cat 1bis優(yōu)化平臺在提供幾乎等同于Cat 1性能的同時提供成本改進的相關(guān)性。最后，需要強調(diào)的是，任何Cat 1網(wǎng)絡(luò)都可以啟用Cat 1bis設(shè)備，而無需進行任何網(wǎng)絡(luò)更改或升級。

所有這些都使得LTE Cat 1bis成為具有中等數(shù)據(jù)需求(包括語音或視頻數(shù)據(jù))的小型設(shè)備的絕佳選擇。

LTE Cat 1和LTE Cat 1bis的常見物聯(lián)網(wǎng)用例

由于LTE Cat 1和Cat 1bis使用基本相同的基線規(guī)范，因此涵蓋了相同類型的應(yīng)用。區(qū)別在于單天線設(shè)計是否更適合您的產(chǎn)品，因為它可以節(jié)省空間或成本。(好處因項目而異，這就是為什么選擇具有專業(yè)知識的芯片/模塊提供商有助于指導您實現(xiàn)理想技術(shù)的原因)。此外，當使用新一代專用Cat 1bis模塊時，用戶可以受益于最優(yōu)化的RF和功耗性能，以及集成GNSS或集成eSIM等附加功能。

這些標準提供了近乎全面的覆蓋，以及比NB-IoT或LTE-M更高的數(shù)據(jù)限制。這使得它們對于具有不同數(shù)據(jù)吞吐量需求和/或跨國部署的設(shè)備來說特別靈活。LTE Cat 1的常見用例包括:

• 物聯(lián)網(wǎng)零售亭
• 車內(nèi)熱點
• 游戲設(shè)備
• 智能電網(wǎng)產(chǎn)品
• 家庭安全系統(tǒng)
• 可穿戴相機
• 銷售點終端
• 健康監(jiān)視器
• 智能手表

然而，對于較低的數(shù)據(jù)需求，3GPP確實提供了兩種專為大型物聯(lián)網(wǎng)項目設(shè)計的LTE標準:NB-IoT和LTE-M。

3、NB-IoT

到2015年，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)正在尋找更低成本的芯片組和模塊。許多物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)不需要接近5 Mbps UL或10 Mbps下行數(shù)據(jù)速率。這種需求導致了針對LPWANs的兩種物聯(lián)網(wǎng)標準的開發(fā)，如3GPP Release 13中所定義的。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)標準是專門為數(shù)據(jù)需求較低的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計的。在3GPP Release 14中，它將數(shù)據(jù)速率限制在每秒160千字節(jié)(kbps)左右。如果您不需要移動太多數(shù)據(jù)，NB-IoT的低數(shù)據(jù)速率可以幫助優(yōu)化您的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的成本、用電量和網(wǎng)絡(luò)容量，前提是您的市場覆蓋了NB-IoT。

NB-IoT和LTE-M都需要升級蜂窩網(wǎng)絡(luò)，這導致了全球范圍內(nèi)的非統(tǒng)一部署。在中國、印度和歐洲部分地區(qū)，NB-IoT廣泛可用。

NB-IoT的常見物聯(lián)網(wǎng)使用案例

由于NB-IoT在所有四種LTE標準中提供了最低的數(shù)據(jù)限制，因此用例僅限于傳輸非常小的數(shù)據(jù)包的傳感器。這些通常包括:

• 智能煙霧探測器
• 停車控制系統(tǒng)
• 農(nóng)業(yè)監(jiān)測產(chǎn)品
• 智能建筑應(yīng)用(例如，暖通空調(diào)和照明控制)
• 污染監(jiān)測系統(tǒng)
• 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器
• 計量應(yīng)用的一部分(特別是天然氣和水)

4、LTE-M

LTE-M標準在數(shù)據(jù)限制方面介于NB-IoT和Cat 1之間;它允許高達1.1 Mbps的數(shù)據(jù)流。除此之外，它與NB-IoT非常相似:針對大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的成本、功耗和網(wǎng)絡(luò)容量進行了優(yōu)化。

然而，世界上一些地區(qū)更新了NB-IoT的蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施，而不是LTE-M，所以并不是所有地方都可以使用。在北美、日本，以及歐洲的部分地區(qū)，LTE-M已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但在中國或印度根本無法使用。

正如我們提到的，Cat 1在世界上幾乎每個蜂窩網(wǎng)絡(luò)上都可用。如果您服務(wù)于全球市場，并且您不希望為同一產(chǎn)品管理多個sku而造成令人頭痛的庫存問題，那么cat 1可能是您的最佳選擇。但是，如果您的數(shù)據(jù)需求介于NB-IoT和Cat 1限制之間，并且您的市場有覆蓋范圍，那么LTE-M可以在大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署中提供巨大的優(yōu)勢組合。

LTE-M常用物聯(lián)網(wǎng)用例

在可用的地方，LTE-M是智能城市應(yīng)用程序的流行標準，這些應(yīng)用程序通常要求低延遲，但對數(shù)據(jù)的需求不高。該標準還用于輕資產(chǎn)跟蹤和監(jiān)控，以及一些智能設(shè)備。LTE-M連接的示例用例包括:

• 艦隊追蹤器
• 資產(chǎn)追蹤器
• 公用事業(yè)儀表(煤氣、電、水等)
• 移動個人應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)

LTE-M和Cat 1的用例之間也有很多重疊。LTE-M標準還應(yīng)用于連接的醫(yī)療保健設(shè)備、智能手表和銷售點終端等。

LTE-M和Cat 1之間的這一共同點引出了另一個問題:如何確定哪個LTE標準適合您的產(chǎn)品或項目?

幫助確定正確LTE標準的5個問題

每個大型物聯(lián)網(wǎng)項目都是不同的，這四種LTE標準中的任何一種都可能為您提供最大的優(yōu)勢。要做出正確的決定，從回答以下五個問題開始:

你的蜂窩連接目標是什么?

首先確定你的關(guān)鍵績效指標(KPI)。你需要手機連接做什么?它必須針對更高的數(shù)據(jù)吞吐量、更低的功耗、最小的延遲、可靠的正常運行時間或這些因素的某種組合進行優(yōu)化嗎?一旦你設(shè)定了目標，你就可以開始制定實現(xiàn)目標的計劃——但要時刻牢記目標。

你愿意花多少錢?

顯然，限制成本對任何產(chǎn)品的開發(fā)都是至關(guān)重要的。但是，要在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中獲得所有您想要的功能，您可能需要調(diào)整您的成本目標。在對您的蜂窩連接進行定價時，請同時考慮模塊成本和數(shù)據(jù)計劃的持續(xù)成本。

你的項目時間表是什么?

為您的產(chǎn)品添加蜂窩連接需要組裝、測試和與MnO的關(guān)系，您選擇的標準會影響這些時間表。如果你需要盡快發(fā)貨，這可能會改變你對手機技術(shù)的選擇。

您計劃在哪里部署物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備?

如上所述，NB-IoT和LTE-M并非在世界各地都可用，盡管它們在一些地區(qū)非常成熟，人們可以考慮使用雙模LTE-M/NB-IoT解決方案。如果您覆蓋全球市場，您有兩種選擇:您可以管理每個地區(qū)的多個SKU(及其相應(yīng)的LTE標準)，或者您可以選擇Cat 1或Cat 1bis的全球覆蓋。

你需要多少面向未來的能力?

對你產(chǎn)品的壽命要現(xiàn)實。例如，如果你需要它工作20年，并且不期望在2027年之前推出，你可能需要等待即將到來的5G NR網(wǎng)絡(luò)切換。(我們預計這種轉(zhuǎn)變將在本世紀20年代中期左右開始。)也就是說，我們預計LTE-M和NB-IoT將至少在2035年之前與5G NR共存，私營LTE運營商將在2040年之后繼續(xù)保持這種狀態(tài)——關(guān)鍵是，了解您的產(chǎn)品需要在現(xiàn)場工作多長時間可以幫助您選擇正確的蜂窩標準。

如果這一切看起來令人困惑，那是因為它是!我們能提供的最有幫助的提示是，從一個通過專家咨詢來支持其產(chǎn)品的提供商那里采購您的芯片組和模塊。芯片組生產(chǎn)商是蜂窩連接的專家;與他們合作，為您的海量物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品做出最佳選擇。