截至今年7月，包括中國移動、中國聯(lián)通、廣和通，有方科技、美格智能、合宙、龍尚、有人物聯(lián)網(wǎng)等多家模組廠商已推出搭載春藤8910DM芯片的Cat．1bis模組，并在多個領(lǐng)域和場景中落地應(yīng)用。

近日，中國聯(lián)通500萬套Cat．1芯片集中比選項目結(jié)果出爐，紫光展銳獨家中標，凸顯其在Cat．1芯片領(lǐng)域的實力。作為市場上最大規(guī)模的Cat．1芯片集中采購，本次招標備受業(yè)界關(guān)注。

Cat．1承擔(dān)中速率物聯(lián)網(wǎng)連接主力的重任已成共識，目前Cat．1網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施已準備就緒，開始驅(qū)動蜂窩物聯(lián)網(wǎng)合理的連接結(jié)構(gòu)加速形成，500萬量級Cat．1芯片的集采只是一個開端，Cat．1規(guī)模化發(fā)展的號角開始吹響。

政策機遇：蜂窩物聯(lián)網(wǎng)合理的連接結(jié)構(gòu)加速形成

2020年5月，工信部發(fā)布了《關(guān)于深入推進移動物聯(lián)網(wǎng)全面發(fā)展的通知》（25號文），該文件開篇就提到：“推動2G/3G物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)遷移轉(zhuǎn)網(wǎng)，建立NB-IoT、4G（含Cat．1）和5G協(xié)同發(fā)展的移動物聯(lián)網(wǎng)綜合生態(tài)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(lián)需求和話音需求，以5G技術(shù)滿足更高速率、低時延聯(lián)網(wǎng)需求”。

這是官方首次以文件形式提出了2G/3G遷移轉(zhuǎn)網(wǎng)的要求，也是首次專門提出推動Cat．1發(fā)展的要求。工信部數(shù)據(jù)顯示，截止2020年6月底，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)為11．06億。然而，這一規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)連接中，大部分還是基于2G的連接，這一結(jié)構(gòu)并不適合物聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展的趨勢。

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)（單位：億，來源：工信部）

從技術(shù)角度看，3GPP已經(jīng)針對不同場景用戶體驗需求定義了蜂窩網(wǎng)絡(luò)的不同通信規(guī)格，為多樣化的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接結(jié)構(gòu)提供技術(shù)支持。例如，為支持超低功耗、更廣覆蓋有NB-IoT來承擔(dān);為滿足極致速率體驗有5G eMBB來支持;為達到低時延、高可靠目的可以采用5G uRLLC。而對于如共享單車、無線支付、公網(wǎng)對講、追蹤器、車載OBD等場景，既要一定的數(shù)據(jù)傳輸速率，又對成本與功耗敏感，還因設(shè)備部署固有特征追求廣域覆蓋能力，屬于一種其他技術(shù)不能完全滿足的“中間地帶”。針對此，3GPP在R8開始定義了Cat．1并持續(xù)進行優(yōu)化，為這一“中間地點”場景落地奠定基礎(chǔ)。

“60%-30%-10%”的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，即低速率業(yè)務(wù)占60%、中速率業(yè)務(wù)占30%、高速率業(yè)務(wù)占10%已經(jīng)成為業(yè)界的共識。要形成這一合理的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接結(jié)構(gòu)，低速率和中速率連接需要持續(xù)發(fā)力。目前，2G/3G遷移轉(zhuǎn)網(wǎng)大幕已經(jīng)開啟，NB-IoT和Cat．1主要來承接這部分，存量部分就有數(shù)億的連接，每年還有上億的新增，成為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接的主力。

在筆者看來，Cat．1除了承接部分2G/3G物聯(lián)網(wǎng)連接外，更為重要的是，可以對原來的Cat．4一些場景進行降維替代。此前，由于缺乏替代方案，一些中速率場景由Cat．4來承載，但是Cat．4的下行最高150Mbps、上行最高50Mbps，對于大部分中速率場景來說比較浪費，功耗也比較高，且用戶還需承擔(dān)較高的模組和流量成本。隨著Cat．1的成熟，下行最高10Mbps、上行最高5Mbps能夠滿足中速率場景用戶需求，且能夠降低硬件成本和流量支出。此時，有一定成本敏感性的用戶就會降維采用Cat．1，從而增加Cat．1所占比例。

以戶外媒體物聯(lián)為例，此前大量電梯媒體廣告機中更多采用Cat．4，而此類非實時廣告內(nèi)容并不需要如此高帶寬。分眾傳媒在其披露的2018、2019年度年報中分析其營業(yè)成本時，專門提到了電視媒體設(shè)備和4G網(wǎng)絡(luò)流量是成本增長快速增長的重要因素。可見，電梯媒體運營商對此前采用Cat．4有較高的成本敏感性，當(dāng)Cat．1替代Cat．4時，會顯著降低其經(jīng)營成本。

基礎(chǔ)支撐：全球最大規(guī)模通信網(wǎng)絡(luò)已就緒

萬物互聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)先行，建設(shè)深度覆蓋和廣度覆蓋的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施是廣域物聯(lián)網(wǎng)的落地的重要基礎(chǔ)。Cat．1的很多應(yīng)用場景中都有移動性、語音的需求，因而Cat．1要大范圍商用，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)覆蓋是首要條件，否則用戶體驗會大打折扣。

根據(jù)工信部公布的數(shù)據(jù)，截至2020年6月底，我國移動通信基站總數(shù)達877萬個，其中，4G基站總數(shù)為560萬個。

中國4G基站數(shù)量（單位：萬，來源：工信部）

從上圖可以看出，2014年中國開始4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，4G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模逐年遞增，目前依然在增加中，中國已建成全球規(guī)模最大的4G網(wǎng)絡(luò)，而且4G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模遠遠超過其他制式網(wǎng)絡(luò)，做到了廣度和深度覆蓋。作為全球最大的通信基礎(chǔ)設(shè)施，中國4G網(wǎng)絡(luò)承載了全球最多的4G手機用戶，未來還將承載全球最多的4G物聯(lián)網(wǎng)用戶。

眾所周知，Cat．1可以直接使用4G現(xiàn)網(wǎng)，意味著國內(nèi)Cat．1網(wǎng)絡(luò)已準備就緒，Cat．1的用戶擁有覆蓋最廣的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。值得注意的是，2019年國內(nèi)的4G基站數(shù)從372萬猛增至544萬，創(chuàng)紀錄的新增了172萬個基站，也為Cat．1在2020年快速發(fā)展打下基礎(chǔ)。

不同制式基站的比例（來源：工信部）

基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)構(gòu)是物聯(lián)網(wǎng)連接結(jié)構(gòu)的先行指標，從過去幾年蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的變遷，可以預(yù)判未來蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接結(jié)構(gòu)的變遷。目前，4G基礎(chǔ)設(shè)施占據(jù)蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施份額超過60%，2G/3G基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模占比不斷下滑，接下來2G/3G開始進入下降通道，基于4G的物聯(lián)網(wǎng)連接將實現(xiàn)快速增長。這一領(lǐng)域的增長，更多為Cat．1連接數(shù)的增長。

破解挑戰(zhàn)：紫光展銳高集成度Cat．1芯片承擔(dān)大規(guī)模商用重任

政策的支持和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的完善為Cat．1發(fā)展鋪平道路，然而走好這條路還有諸多的挑戰(zhàn)，技術(shù)、成本、商業(yè)模式等方面都需要很多工作去做。舉例來說，更低成本和更小體積始終是業(yè)界對Cat．1終端側(cè)提出的需求，這需要芯片、模組、終端等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)共同努力去滿足要求。這個過程中，芯片廠商應(yīng)該率先以創(chuàng)新思路，推動芯片體積縮小和成本降低，進而向模組和終端傳導(dǎo)。

此前，3GPP對于Cat．1采取的是雙天線的設(shè)計，而Cat．1面對的大量應(yīng)用場景都需要模組小型化，雙天線設(shè)計無法達到用戶小尺寸的需求。3GPP在R13版本中定義了單天線設(shè)計的Cat．1 bis 標準，在降低芯片復(fù)雜度和減少元器件成本方面做出貢獻。然而，簡化設(shè)計在一定程度上也犧牲了性能，相對于傳統(tǒng)的雙天線設(shè)計，Cat．1bis單天線設(shè)計大約有4dB下行平均性能損失，給移動性管理施加壓力，另外也加重了干擾受限場景（如小區(qū)邊緣）用戶體驗挑戰(zhàn)。

因此，做到簡化設(shè)計和性能體驗之間的平衡的任務(wù)首先需要芯片廠商來承擔(dān)，芯片廠商需要對單天線簡化設(shè)計進行優(yōu)化，進一步提升性能。筆者了解到，紫光展銳Cat．1芯片春藤8910DM通過通信定制優(yōu)化，在運營商無需進行現(xiàn)網(wǎng)改造的前提下，實現(xiàn)單天線品類逼近傳統(tǒng)LTE雙天線終端的通信用戶體驗。在用戶對體積和性能要求下，Cat．1芯片在這方面的創(chuàng)新成為一個明確的趨勢。

在實際使用各類場景中，為達到應(yīng)用的目的，用戶除了需要一款調(diào)制解調(diào)器外，一般還需要處理器、內(nèi)存進行落地應(yīng)用的必要處理運算和存儲，有些場景還需要定位功能以及近場通信能力。若用戶自發(fā)去研發(fā)和配置所有的器件和功能，則應(yīng)用落地復(fù)雜程度非常高，且成本也居高不下。一般來說，在設(shè)計時將這些常用的功能集成到同一個芯片上，則大大降低用戶開發(fā)難度和成本。

Cat．1的很多場景也是如此，芯片的高度集成化正是破解快速落地挑戰(zhàn)的一大手段。以紫光展銳春藤8910DM為例，該芯片集成了Cortex-A5處理器，集成ROM/RAM、WIFI-Scan室內(nèi)定位、BT/BLE 4．2、Audio PA、transceiver等，擁有高度擴展的多種接口設(shè)計。可以說，通過一顆Cat．1芯片，解決了用戶通信、運算、存儲、定位等多方面的需求。當(dāng)然，更高的集成度，帶來的是用戶整體BOM成本的大幅下降，春藤8910DM作為截止目前業(yè)界最高集成度的Cat．1芯片平臺，帶來成本節(jié)約是很明顯的。

截至今年7月，包括中國移動、中國聯(lián)通、廣和通，有方科技、美格智能、合宙、龍尚、有人物聯(lián)網(wǎng)等多家模組廠商已推出搭載春藤8910DM芯片的Cat．1bis模組，并在多個領(lǐng)域和場景中落地應(yīng)用。

總體來說，終端側(cè)的創(chuàng)新在保證Cat．1性能不變的情況下，不斷降低成本和開發(fā)難度。也正是這些持續(xù)創(chuàng)新，推動Cat．1整個產(chǎn)業(yè)生態(tài)加速成熟。

早在2017年，國內(nèi)運營商就開啟了Cat．1的商用，但是彼時整個產(chǎn)業(yè)生態(tài)還未準備就緒。2019年11月，紫光展銳發(fā)布了全球首顆LTE Cat．1bis物聯(lián)網(wǎng)芯片平臺春藤8910DM，筆者就曾撰寫了《NB-IoT和5G都不能承載的30%物聯(lián)網(wǎng)連接將由誰來承接？》一文，從4個視角分析了推動Cat．1發(fā)展正當(dāng)時。如今來看，在政策的大力支持、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施完善以及產(chǎn)業(yè)界不斷創(chuàng)新的驅(qū)動下，目前Cat．1發(fā)展的各方面條件已準備就緒。

回顧此前蜂窩物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷史，直播星的集中采購驅(qū)動2G物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模化落地，使2G物聯(lián)網(wǎng)成本快速下降;運營商多次NB-IoT的大規(guī)模集采，驅(qū)動NB-IoT產(chǎn)業(yè)鏈成熟，目前NB-IoT連接數(shù)已超過1億。本次中國聯(lián)通500萬套Cat．1芯片的招標，可以說是Cat．1開啟規(guī)模化發(fā)展之路的重要風(fēng)向標，期待Cat．1能夠快速成為名副其實的中速率物聯(lián)網(wǎng)主力。

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