NB-IoT、Cat 1迎接中國物聯網應用市場商機

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)

 

 

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