Cat.1承上启下 vs. NB-IoT稳扎稳打，你的选择是？

shuszhao

随着2G/3G的退网，基于这些蜂窝网络的物联网业务将迁至何处？
2020年5 月，工信部发布《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》，提出了移动物联网发展的主要目标和任务，并在政策层面定调NB-IoT、4G(含LTE-Cat.1) 及5G 将共同构建下一代移动物联网。
按照网络速率划分，目前的蜂窝物联网连接可以看作一个“1-3-6”比例的金字塔，最上层的10%是“高速率业务”，中间30%是“中速率业务”，位于底层的60%为“窄带业务”，也就是低速率业务。

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目前行业内主要用Cat.4以上及5G承载高速率、低时延业务，低速率大部分采用NB-IoT，中速率和语音需求则可以用Cat.1或eMTC承载。eMTC与Cat.1有很多相似之处，曾一度被业界看好，但需要基础设施建设和重新规划频率资源，基站和核心网都要软件升级，所以在国内几乎无生态。
据Strategy Analytics报告，到2025年，全球蜂窝物联网连接数将增长到23亿，以两者相加90%的份额而言，NB-IoT和Cat.1无疑面临巨大的市场机会。但NB-IoT是窄带物联网(带宽仅180kHz)，低速率的特性决定了它承接不了2G/3G退网后的全部业务。Cat.1在独揽30%的中速率市场后，是否有实力抢占NB的部分低速率市场，或是凭借成本优势拿下原本属于Cat.4的下沉市场，有待观察和市场反馈。


价格战是NB-IoT发展初期必经之路

产业链此前花了多年时间布局NB-IoT，在补贴和价格敏感型大规模采购的刺激下，很多芯片和模组厂商进来了。但竞争的加剧也导致终端起量的同时，芯片和模组价格逐渐触底，厂商毛利率很低。
首批进入NB-IoT市场的芯片原厂之一联发科技（MediaTek），几年下来NB-IoT芯片已经出货数千万颗。在接受《电子工程专辑》采访时，他们认为在参与各大标案时最大的感受，是近年来运营商招标采购规模的逐年上升。“市场在整合资费方案的大型采购案模式下, 确实能起到激励的作用, 使得特定应用市场能够快速发展，对于NB-IoT具有相当正面的鼓励带动作用。”
公开数据显示，2017 年中国电信 NB-IoT 模组集采， 招标规模为 50 万片，中标价格为 36 元；2018 年中国联通展开 NB-IoT 模组集采，招标规模为 300 万片，中标价格为 25-32 元；2019 年中国移动 NB-IoT 模组集采，招标规模 500 万片，中标价格为 19-30 元；2020 年，在天翼电信终端有些公司江苏分公司 NB-IoT 物联网模组集采中，中标价格下探至 15 元以内。
目前，NB-IoT 模组的价格已基本和 2G 模组齐平。模组中标价格的不断下降，虽然在某些层面能推动 NB-IoT 产业的规模化发展，但其中确实有不少厂商因为种种原因，以极低的价格来投标，就算最后得标，可能都无法在合理利润下提供服务。MediaTek把物联网建设比作一场“马拉松竞赛”，看的是10年以上的服务有效期。要让NB-IoT产业健康、持续地发展，应该要在现在的基础上，追求技术演进，提供质量更稳定、用户体验更好的产品，创造多赢合作，形成良性循环。
对此，物联网无线通信模组供应商移远通信(Quectel)副总经理孙延明认为，NB-IoT发展前期确实有许多企业加入到生态圈中，不过在竞争激烈的情况下，具有稳定且规模化出货量的模组商并不多。产业要想可持续健康发展，生态链企业还需把主要精力放在加大研发投入和完善服务质量上，不断为客户提供质量好、功能完善、性价比高的解决方案。
虽然当前NB-IoT芯片和模组价格竞争压力很大，但物联网无线通信模组供应商利尔达(Lierda)认为，这与任何一种新事物出现与发展的规律一样，先期都需要经过市场的不断磨合与调节，最终才会出现一个长期平稳的局面。至少未来5年，NB-IoT还大有可为，站在模组供应商的角度，利尔达认为应该在原有NB-IoT行业应用的基础上，更深入地进入各行业挖掘更多的行业解决方案，开拓更多行业应用。
“而且，国际电信联盟(ITU)已将NB-IoT纳入5G体系，今后NB-IoT的技术演进将与5G同步，这对NB-IoT产业来说是个极大利好。”利尔达补充道。


NB-IoT芯片供应商数量远胜Cat.1

2020年7月3日，国际标准化组织 3GPP(3rd Generation Partnership Project)终于宣布 5G标准第二版规范 Release 16 (R16)冻结。同年7月9日，国际电信联盟(ITU)召开的 ITU-R WP5D 会议上，3GPP 5G 技术因满足 IMT-2020 5G 技术标准的各项指标要求，正式被接受为 ITU IMT-2020 5G 技术标准，其中包括中国提交的 3GPP NR + NB-IoT RIT、韩国提交的 3GPP NR RIT以及 3GPP 提交的 NR+LTE SPRIT 和 NR RIT。
NB-IoT芯片厂商数量众多，包括高通(Qualcomm)、华为海思(HiSilison)、联发科技、紫光展锐(UNISOC)、锐迪科(RDA)、移芯通信科技、翼芯信息科技等近20家。在轮番竞争下，一些厂商还在持续投入研发，但也有放弃转型的，受多种因素影响，NB-IoT芯片市场格局尚未定型，新晋势力挑战行业龙头的情况也是常态。
自正式被纳入5G标准体系后，紫光展锐、华为海思等原厂也先后推出基于最新R16标准设计的5G NB-IoT芯片，大多实现了与上一代产品的设计兼容，价格上也更具优势。
反观此前的Cat.1芯片，很多是Cat.4“魔改”而来。早在2015年1月，通信芯片厂商Sequans率先发布LTE Cat.1芯片Calliope；2015年下半年，Altair推出Cat.1的单模LTE芯片，同期高通也推出了其首款Cat.1芯片MDM9207-1。但是这几款芯片与当时的国内市场情况不是很吻合，当时主流的Cat.1模组都是基于高通MDM9207-1的，成本超百元。
而专用芯片的硬件架构更简单，能够在降低成本的同时，有效降低终端功耗。随着紫光展锐、翱捷科技(ASR)等大厂商发布高性价比Cat.1专用芯片，例如展锐的春藤8010DM、高通的MDM9X07和ASR的3601，某些采用专用Cat.1芯片的模组，在空闲和工作模式下，功耗都比Cat.4降低了50%以上。
不过，现阶段Cat.1芯片原厂较少，国外以高通为主，辅以 Sequans、Altair，国内主要是紫光展锐和ASR。各家方案大同小异，在技术方案没有差异的情况下，就变成了在价格上拼刺刀，目前很多模组厂商在用成本价甚至是低于成本价抢占Cat.1市场。利尔达透露，今年下半年国内其他芯片厂商的Cat.1芯片会陆续推出，方案和成本差异化增加之后，相信这种价格的恶性竞争局面会有所改善。


Cat.1不是新标准

实际上Cat.1至少已经存在了10年以上，早在2009年发布的3GPP Release 8中就被正式定义。而工信部发文中提及的Cat.1已不再是狭义的初代LTE定义，它有了包含在2016年发布的3GPP Release13中补充了LTE Cat.1 bis在内的更广泛的内涵。紫光展锐工业物联网副总裁鲜苗表示：“春藤8910DM算得上是全球首款LTE Cat.1 bis物联网芯片平台，其中bis具有‘再一次’之意，放在Cat.1之后寓意其是在传统Cat.1能力等级基础上的二次衍生。”
其实，Cat.1 bis的出现和发展的原始驱动力来自可穿戴设备的尺寸限制。
在2015年4月，第一代智能手表产品正式发售，开启了可穿戴品类大幕。但是，早期的可穿戴设备主要以智能手机伴侣形态出现，并不具备独立的蜂窝通信功能，还不是绝对意义上的独立品类。纠其根源，在于可穿戴设备因追求极致尺寸、有着强烈的小型化设计需求，而传统4G蜂窝终端必选的2Rx(双接收天线)天线摆放异常艰难，即使强行放入，分集接收效果也会大打折扣。
在当时，官方具备1Rx(单接收天线)接收规格的终端能力等级仅限Cat.0/Cat.M1/Cat.NB1，这些标准最高1Mbps的极限吞吐不足以满足可穿戴场景的用户体验。意味着，亟需制定适用于可穿戴品类的单天线终端能力新等级！
有鉴于此，2016年6月至2017年3月，3GPP RAN#73~#75标准全会就该单天线终端能力新等级做了讨论与定义，最终在2017年3月9日，将初代LTE Cat.1作为技术锚点，定义出了符合中速人联/物联应用场景且具备完善后向兼容能力的终端能力等级--Cat.1 bis。
虽然其原始驱动力仅来自可穿戴品类，但Cat.1 bis终端能力新等级既能满足中速人联/物联品类的数据吞吐量需求，又能提供相比传统LTE更优的成本与更小的尺寸，还能在现有4G接入网几乎零改造前提下实现快速部署。


NB厂商，想进入Cat.1难吗？

从运营商的补贴、基站布局来看，Cat.1正受到热捧，跟进的模组厂商也有将近20多家。
这是“因为Cat.1与Cat.4系出同源，均基于成熟的LTE网络，运营商无需升级网络，只需简单的参数配置，允许Cat.1终端接入网络即可，这为Cat.1的规模商用创造了良好的前提条件。”物联网无线通信模组提供商广和通(Fibocom)在接受《电子工程专辑》采访时表示，Cat.1成为“网红”不是偶然现象，其对比Cat.4具备高性价比低功耗的特点，能够承接Cat.4下沉市场，顺应了2/3G退网的市场发展需求。

                               
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利尔达认为，从应用上Cat.1技术已经在POS机、共享、光伏、支付等领域实现批量，2G退网后很大一部分市场也都会用Cat.1来替代。“所以Cat.1不但会遍地开花，市场容量和竞争激烈程度都会比NB-IoT大很多倍。目前出货量大的行业如POS机、共享单车，头部模组厂家都盯得很紧，价格战也非常激烈。初创公司建议关注小众市场，对出货量和毛利做一个平衡是一个较好的切入点。”
以前的NB-IoT方案商，想进入Cat.1市场有难度吗？以利尔达为例，当前一些NB-IoT模组厂商，很多同时也在2G、3G、Cat.4和Cat.1上有成熟行业解决方案的OpenCPU开发应用经验，所以对Cat.1的开发不仅没太大难度，反而还有行业应用开发的经验优势。这对Cat.1的后续定义及规划很有帮助，还能在Cat.1应用到各行业时少走很多弯路。
“NB-IoT和Cat.1双管齐下，两者相辅相成，覆盖蜂窝物联网80%以上领域。这也是大多数芯片厂家和模组厂商现在乃至今后会一直走的路。”利尔达方面表示。
移远通信在早期就同时投入NB-IoT和Cat.1两种技术的研发，来满足不同细分市场的连接需求，保障各种物联网应用尽可能的通过最恰当的方式接入网络。据悉，在整个生态积极推进Cat.1的背景下，移远也已经基于多款国产高性价比芯片平台推出了Cat.1模组产品组合。
孙延明认为，2G/3G物联网业务向NB-IoT/Cat.1等网络迁移这一发展大方向已经非常明确，这对整个物联网行业来说是好事。不过，通信模组这个细分行业对技术支持服务、产品迭代、产品定制化能力要求非常高，非常考验模组厂商的研发实力和服务水平。比如，Cat.1适用的场景非常广泛，从POS机到公网对讲、工业网关、云喇叭等等，“这就要求模组商在提供研发支持时，不仅要熟悉模组，还要深谙客户应用场景的特点，在把客户问题解决掉的同时，更要帮助客户规避潜在问题。”


是敌，是友？

目前市场上有两种声音，第一种是Cat.1 将挤占 NB-IoT 市场，逐步蚕食；第二种认为NB-IoT 与 Cat.1 属于互补关系，且 ITU已将NB-IoT技术纳入5G标准体系， 是未来 5G 非常重要的一个超大规模低速接入切片。

                               
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表1、NB-IoT与Cat.1技术直观对比

从技术上看，Cat.1和Cat.4同属LTE 4G范围，Cat.1上行峰值速率是5Mbit/s，下行峰值速率是10Mbit/s，可以承接大部分Cat.4下沉市场，以及原本2G需要语音业务的市场。据广和通透露，原有的Cat.4的市场共享经济、公网对讲、IPC等行业均已有切换Cat.1的成功案例且终端出货量稳步上升。NB-IoT则属于5G标准体系，与5G NR共存、频谱共享，和属于LTE家族的Cat.1技术相比，虽都属于蜂窝物联网，但各有适合的市场和应用，具有不可替代性。
应用的界限上，在2/3G退网的时代背景之下，需要有新的技术进行填补，目前对移动性+语音的中速场景性能有需求的应用包括POS机、车载定位、公网对讲、可穿戴设备、共享设备等，这些应用更适合采用Cat.1来进行产品智能化升级。目前已有一些支持Cat.1终端应用陆续上市，甚至进入规模量产阶段。
除了在移动性、传输速率、语音通话等方面外，利尔达认为Cat.1相较于NB-IoT还有这些优势：
1、成熟的LTE网络覆盖，推广时无需重新布网即可完成新旧更迭；
2、高于2/3G的网速，满足实时性更高的语音等业务场景；
3、低于4G的成本。Cat .4及以上方案虽然支持速率高，但对于物联网行业而言成本较高，Cat.1的高集成提供了最佳性价比；
4、功耗小。尤其是采用专用Cat.1芯片让终端侧复杂度降低，硬件架构更简单，能够有效降低功耗。
NB-IoT的优势，体现在低功耗与低成本。在静态、窄带小数据上报、传输频次不高、移动性要求不高的场景中，NB-IoT是最佳选择。如智能表计、智慧城市、智能烟感、智能家居等低频使用和成本敏感型客户，尤以在无线水气热抄表行业已非常成熟，几乎成为主要的抄表连接方式。
孙延明认为，在物联网行业，没有万能的通信技术，只有更适合的技术，这是由物联网应用场景的“碎片化”决定的。对于少数场景来说，确实存在可以同时用两种技术的可能，在技术出现初期需要一定时间去磨合、选择，客户最终需要根据终端的市场定位、应用场景、使用地区去选择最贴近其需求的技术。
“无论从技术层面还是政策层面，NB-IoT和Cat.1都是支撑未来中低速场景应用的优势技术，相信二者将合力共同促进物联网行业的发展。”他补充道。

                               
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表2、2/3G退网后的业务迁移趋势

2G退网后，预计80%的业务将迁移到NB-IoT，20%的业务迁移到Cat.1；3G业务将100%迁移到Cat.1,甚至Cat.4也会有60%的业务被Cat.1抢占。据5G物联网产业联盟数据，2021年NB-IoT将新增连接数1亿个，Cat.1新增连接数也将达到5000万个。
从演进趋势来看，NB-IoT、LTE Cat.1、LTE Cat.4、5G Sub-6GHz将形成阶梯覆盖，主宰未来几年的蜂窝物联网发展趋势。所以NB-IoT和Cat.1是敌是友不好说，但eMTC是肯定被挤压了。


从模组厂到终端厂的选择

模组厂商是各类通信标准应用的风向标，他们直接承载和反应了下游终端客户的需求。在为产品选择蜂窝标准、芯片时，自然也会自己的考量。几家模组厂商都表示，选择标准时还是主要以客户需求为导向，看面向什么行业应用。举例来说，当前Cat.1的网络覆盖、网络容量在国内已经相当成熟，行业客户自然会在2/3G退网，Cat.4降本的双重驱动下选择Cat.1。
在芯片平台的选择上，也是基于客户应用的导向，选择架构较优、具有一定处理能力和资源扩展能力，相对成本较低的芯片。孙延明认为模组厂商在选择芯片选时通常综合考虑以下方面，形成选择标准：
1.采用的通信协议和网络标准，主要面向的市场区域；
2.工艺先进性，涉及晶圆和封测代工厂商；
3.芯片的体积、功耗、抗干扰性、成本设计；
4.与市场上现有产品的竞争力分析。
站在原厂角度，MediaTek认为除了以上几点，模组厂在选择芯片时还应该考虑：硬件品质（高低温、高湿度等指标）、modem等软件稳定度、产品开发能满足多种终端应用、是否支持全球频段以及功耗、性能、移动性等表现。此外芯片厂商的量产、供货能力，以及公司是否能提供长期而稳定的服务都应该考虑到。
往更下游到了终端厂商层面，在面对各类物联网应用场景时，又该如何选择通信技术和标准呢？
首先，在授权（如NB-IoT、Cat.1等）与非授权频谱技术（如LoRa、Sigfox等）的选择上，受访厂商普遍认为授权技术在 LPWA 场景下拥有非授权技术无可替代的优势：
1.三大运营商所使用的频段由国家统一分配，使用者只能透过电信业者或第三方代理商取得授权技术和频段才能使用相关服务，安全系数及通信质量较高，且基本不存在被清频的风险；
2.授权频谱技术构建于蜂窝网络，可直接部署于 GSM 网络、UMTS 网络或 LTE 网络，以降低部署成本、实现平滑升级；
3.LoRa 和 Sigfox 的每日传输次数有限，适合发挥在没有实时通信需求的领域，而授权网络不限制传输信息次数、所携带的数据量相对较高，适用于重视网络传输稳定性和实时性的智能工业领域。
由于电信运营商具有长久经营的特性，从长期来看如果网络覆盖够好、资费合理，终端厂商会逐渐往蜂窝标准靠拢。但是，非授权频谱技术由于比较具有弹性，对某些厂商而言比较好部署和掌控，所以同样会继续存在。从物联网连接技术的发展来看，授权与非授权频谱技术，也是一直都在同步演进。
其次，终端厂商会根据产品将要实现的功能，来选择最符合需求的通信标准。孙延明表示，在中国的蜂窝通信市场上，5G、LTE（Cat.1 + Cat.4）、NB-IoT这三种技术会成为主流，分别覆盖高中低速广域场景。“授权频谱技术在通信安全、网络覆盖以及技术演进等多个方面存在明显的优势；LoRa、Sigfox等非授权频谱技术还是以短距离的局域覆盖为主，两者在一定程度上继续保持互补搭配。”


适合中国国情的物联网之路

根据GSMA引用数据，自2017年首个NB-IoT网络商用以来，截至2020年12月1日，全球已经有60个国家投资建设了158张NB-IoT网络，其中114张网络已经商用，全球共有近1.5亿NB-IoT智能终端实施部署。这其中，中国截至2020年8月底已经建成NB-IoT基站超过70万个，实现全国主要乡镇以上区域连续覆盖，NB-IoT连接数到2020年底新增7600万，累计已经突破1.25亿，贡献了全球NB-IoT产业链90%以上的份额，起到了带头作用。
NB-IoT或Cat.1在中国部署比较快，在国外则较缓慢，其中原因与各国国情息息相关。
2018年底中央经济工作会议指出，“加快5G商用步伐，加强人工智能、工业互联网、物联网等新型基础设施建设”，首次新基建概念提出，就把物联网定位未来国家重点投入发展的基础建设领域之一。
2020年5月7日，工信部发布工信厅通信〔2020〕25号文，即《工业和信息化部办公厅关于深入推进移动物联网全面发展的通知》，明确NB-IoT和Cat.1为蜂窝物联网重点承载技术。
“国内一直比较重视物联网，特别是蜂窝物联网的发展。”利尔达方面认为，国家层面的推动，再加上国内蜂窝物联网市场的需求庞大，芯片厂商、模组商、运营商、行业终端厂商等各方的不断推动联动，使得国内NB-IoT和Cat.1得到快速发展。
MediaTek认为，在中国政策的引导下运营商能够快速部属网络，加上中国对新技术和智能化的接受度高、市场大，所以得到迅速发展。早期美国和部分地区选择了Cat.M，虽然后续又导入NB-IoT，但资源却被分散了。至于欧洲，本来就是LoRa、Sigfox的发源地，在早期就有了其他物联网通信的选择。
关于物联网标准的选择，国内在政策的大力支持下倾向大一统，国外则百花齐放。
从长远看，国内的集中整合型模式更利于网络基础建设和物联网应用的普及，因为物联网本身的特性是需求零散性、碎片化，在基础建设都铺设好的前提下，上层应用需求自然会整合演化，以规模化的方式实现智能化和智慧化推动各行业物联网化，从而实现更多传统行业转型升级。
但从世界范围看，不同国家和地区无法用一个绝对的标准去衡量，不可一概而论，需要找到适合自己的技术和部署节奏。

langjitianya丶

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目前行业内主要用Cat.4以上及5G承载高速率

ljbhander