NB-IoT、Cat 1迎接中國物聯網應用市場商機

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作者 : 邵樂峰，ESM China

據市場研究機構Strategy Analytics報告，到2025年，全球蜂巢式物聯網連接數將成長到23億，以兩者相加90%的比例而言，NB-IoT和Cat 1無疑面臨巨大的市場機會。

按照網路速率劃分，目前的蜂巢式物聯網(IoT)連結大致按照「1-3-6」的比例進行分佈，即10%「高速率」，30%「中速率」，60%「低速率」。高速率可用Cat 4以上及5G承載，低速率可用NB-IoT承載，中速率則可以用Cat 1或eMTC承載。據市場研究機構Strategy Analytics報告，到2025年，全球蜂巢式物聯網連接數將成長到23億，以兩者相加90%的比例而言，NB-IoT和Cat 1無疑面臨巨大的市場機會。

官方政策文件的及時出台也成為引爆該市場的導火線，如中國工業和信息化部發佈了《關於深入推進移動物聯網全面發展的通知》，將「推動2G/3G物聯網業務遷移轉網，建立NB-IoT、4G (含LTE-Cat 1)和5G協同發展的移動物聯網綜合生態體系，以NB-IoT滿足大部分低速率場景需求，以LTE-Cat 1滿足中等速率物聯需求和語音需求，以5G技術滿足更高速率、低時延聯網需求」列為主要目標。

上述官方文件強調，到2020年底，NB-IoT網路將實現中國大陸縣級以上城市主城區普遍覆蓋，重點區域深度覆蓋；移動物聯網連結數達到12億；推動NB-IoT模組價格與2G模組趨同，引導新增物聯網終端向NB-IoT和Cat 1遷移；打造一批NB-IoT應用標竿工程和NB-IoT百萬級連接規模應用場景。

如何選擇適合的NB-IoT晶片

芯翼資訊科技市場總監陳正磊認為，小數據、長待機和泛佈署是NB-IoT應用最具普遍性的三個特點。所謂「小數據」，是指不同於即時語音通話或者視訊、影像應用所需要的資料傳輸需求，通常情況下，NB-IoT相關應用需要發送的資料不多。

同時，主流的NB-IoT應用採用電池供電，工作時間長達幾個月甚至好幾年，終端都在比較分散的區域內佈署。電池不可充電，也不方便短時間內人工替換，網路需求也做不到按需佈署，沒有辦法提前搭建局域網，主要依賴於協力廠商的佈署網路來服務、工作和支撐。

在他看來，一顆出色的NB-IoT晶片首先要滿足方案級的低成本特性。也就是說，並不是指單顆晶片便宜，而是指由很多晶片構成的整體方案便宜，終端便宜了整體應用才能做到低成本。方案級低成本最大的指標就要做到晶片的超高整合度，包括全頻段、全網通的CMOS PA和射頻前端的整合，從而大幅減少所需要配置的週邊元件數量。

其次，要做到方案級省電。NB-IoT屬於小數據量應用，大部分場景下終端的工作狀態都處於睡眠狀態，喚醒時需要重新取得IP位址，非常耗電。同時，取得IP位址還需要跟基地台和核心網進行互動，也為基地台造成了壓力。所以，NB-IoT設計中的PSM模式相當於對網路缺陷的升級和優化，PSM電流值大小成為了重要的衡量指標。

第三，就是Open CPU。Open CPU的應用對於方案的整合和成本的降低非常明顯。目前，一顆國際品牌的低功耗MCU價格接近1美元，中國產最便宜的也得3~4元人民幣，對NB-IoT方案來說成本其實並不低。如果Open CPU做的好，就可以不再使用周邊MCU；按一年100萬顆出貨量計算，就會節省400萬(人民幣)純利潤。

那什麼是好的Open CPU呢？如果按照傳統模式，把NB-IoT協定上的軟體在CPU上執行，把基頻部分沒有用完的處理器資源開放給用戶，陳正磊認為這就不是一顆真正開源或者獨立的Open CPU，因為如果晶片基地台的基頻代碼或者解調器程式碼出現問題，就可能會破壞正確的使用者代碼，導致晶片無法透過MCU對解調器進行復位(重設)，存在巨大隱患。

大器晚成，業界呼喚Cat 1

今年，與NB-IoT同樣成為「現象級」技術的，是被「冷落」在蜂巢式物聯網家族某個角落的Cat 1。其實在Cat 1火爆之前，隨著營運商2/3G加速退網，商業市場選擇了Cat 4或NB-IoT提供支援，Cat 4速率高達150Mbps，可以滿足絕大多數物聯網連接對高速率的要求；NB-IoT則針對低速率、低功耗、低成本的物聯網應用。

但是，高速率意味著高成本。資料顯示，2017年Cat 4商用之時，模組成本高達140元人民幣，隨著晶片方案反覆運算，目前仍然在70元人民幣左右。作為對比，低速率的物聯網模組已經降到20元人民幣以內，對絕大多數不需要百兆速率的產業應用來說，Cat 4的價格其實是難以承受的，成為物聯網大規模商用的一道障礙，業界呼喚一類成熟的、高性價比的蜂巢式物聯網技術，做Cat 4的「下沉市場」，填補中速率市場的空白。

紫光展銳將這一票投給了與Cat 4系出同源的Cat 1。他們認為，Cat 1突然躥升，成為物聯網產業的新晉網紅，營運商、晶片廠商、模組廠商紛紛力推，新產品不斷問世，這一系列現象的出現並非偶然，而是因為Cat 1擁有與Cat 4一樣的「血統」，均基於成熟的LTE網路，營運商無需升級網路，只需簡單的參數配置，允許Cat 1終端接入網路即可，這為Cat 1的商用創造了良好的前提條件。定位中速率，使得支援Cat 1的元件成本相對較低，具備了承接Cat 4下沉市場的「硬實力」。

Cat 1自2009年被3GPP以終端速率等級定義出來後，一直處於不溫不火的狀態。中國營運商中，中國電信最為積極和熱情，早在2016年就開始提前佈局LTE Cat 1生態，推出了LTE Cat 1 DTU，並借助自主研發的統一雲端平台，實現「終端+通道+平台」的端對端整體解決方案；2017年，又高調宣佈啟動Cat 1商用，並宣佈投資億元補貼Cat 1模組，促進產業鏈發展。然而在當時，這一規劃過於前瞻性，未能實現產業共振。

紫光展銳方面認為Cat 1商用成效不彰的原因，一是還沒有到網路升級換代的臨界點，二是缺乏一款真正的Cat 1晶片，一些晶片廠商在Cat 4晶片基礎上進行「魔改」，導致成本直追Cat 4，缺乏足夠的能量承接這一龐大的下沉市場。

這一狀況在2019年因為兩家中國晶片廠商的努力而開始得到改善。春藤8910DM是紫光展銳推出的業界首款LTE Cat 1 bis物聯網晶片，採用28nm製程，支援LTE Cat 1 /GSM雙模和VoLTE，整合了藍牙和Wi-Fi。對比LTE Cat 4晶片，春藤8910DM尺寸縮小了30%，功耗降低20%，佈署費用降低了30%，搭載該晶片的展銳Cat 1終端產品在全球45個國家和157家營運商實現了規模場測和認證。

翱捷科技(ASR)也推出了兩款Cat 1晶片，具備多制式、高性能、低功耗、整合語音/視訊/拍照等多媒體功能，適用於各種形態的物聯網模組、追蹤器和智慧硬體。

晶片性能的提升同時推動了模組側的進展。廣和通率先推出了基於春藤8910DM的LTE Cat 1 bis模組L610；有方科技在2019年首次推出基於中國產晶片開發的Cat 1無線通訊模組；移遠通信也推出了基於ASR平台的Cat 1模組。可以看到，在Cat 1模組側已經擁有豐富的產品，能夠在終端層面形成對應用的有效支持。

本文原刊於《國際電子商情》(ESM China)網站暨雜誌(2020年6月號)