从今年起，基于对未来物联网通信模式发展趋势的跟进，物联网智库开始持续关注适用于物联网的LPWA（低功耗广域）网络，通过挖掘LoRa、SigFox等在欧洲流行的低功耗广域网络的相关技术和市场，向读者介绍这一领域的进展。而另一低功耗广域通信技术LTE-M也在酝酿，或将支撑与电信运营商移动宽带蜂窝网络并存的另一张专用于物联网的网络基础设施。

今生：商用在即，将满足超百亿物联网终端互联互通需求

早在今年的巴塞罗那世界移动通信大会上，华为联合运营商沃达丰、智能水表厂商Kamstrup展示了基于LTE-M解决方案的端到端智能抄表业务，该方案是基于现有蜂窝网技术的演进，设计了专门针对低速率、低功耗、低成本、覆盖增强M2M应用需求的全新空口技术，与可部署于云上的M2M物联网业务平台结合，以低功耗广域网络来满足M2M的应用需求。在该展示中，处于室内地下室、室外远距离等弱无线覆盖环境下的智能水表终端，成功通过该网络准确上报终端用户数据。

市场分析公司Machina的调研报告指出，物联网应用中的很大一部分对数据率要求不高，但对终端功耗、成本的要求较为苛刻，并且由于终端数量巨大且分布范围广，此类M2M应用需要无线网络提供无处不在的覆盖，以便于部署和运维。该类应用典型场景包括传感器、表计、移动跟踪等；Machina预计，截至2020年此类M2M应用将达到132亿连接。

在物联网的这种需求下，LTE-M无线物联网端到端的解决方案，针对低数据速率、大规模终端数目及广覆盖要求等典型的M2M应用场景，可以为运营商开辟广阔的物联网市场，同时在政企等行业领域，如智慧城市、电力和燃气/水务提供厂商等，有着广泛的应用场景。根据市场需求评估，至2025年LTE-M将覆盖25%的M2M连接，即50亿的连接。

例如，在智慧城市场景，应用LTE-M技术的遍布城市各处的物联网感知终端构成城市的神经末梢，对城市运行状态进行实时监测，从地下管网监测到路灯、井盖等市政设施的管理，从水质、空气污染监测到建筑节能，将为实现安全高效、和谐有序、绿色低碳、舒适便捷的智慧城市发挥重要作用。

在技术方面，LTE-M标准更是针对物联网进行了特殊的设计，可以减小发射功耗20dBm，这将使得大楼深处得以覆盖。一方面是覆盖密度增加，一方面是覆盖深度增加，并且功耗还下降，实验中使用二节AA电池，用于一个LTE-M的物联网设备，如果每天只发送一次数据，其它时间休眠，电池续航时间可以达到十年，这对于物联网会有实质性的推动。

前世：Cat.0通信技术打破成本、功耗和覆盖障碍

LTE-M标准是3GPP组织在LTE Release 13版本中推出的，其低功耗、低传输速率和高覆盖率三项特点符合低功耗物联网需求，而这一标准可理解为基于3GPP组织Release 12版中制定的Cat. 0标准。其实，与之前的Cat.1~Cat.10相比，Release 12版中Cat.0的设计并非用以划归到衡量传统蜂窝网络，而是为了物联网而生。

Cat.X说的就是UE-Category，分开来看，UE是用户设备（user equipment ），Category英文是分类、类别的意思，所以很直观地，Cat.X这个值就是用来衡量用户终端设备无线性能的，说白了就是用来划分终端速率（等级）的。根据3GPP Release定义，UE-Category被分为1-10共10个等级，其中Cat.1-5在R8组，Cat.6-8在R10组，Cat.9-10在R11组。

因此，UE-Category主要定义了UE终端能支持的上下行速率。而Cat.0则是指向广阔的物联网市场，实现更低功耗、更低成本物联网设备连接到LTE网络。支持更低Category，对可穿戴设备、智慧家庭和智慧电表等物联网应用非常关键。

不过，一直以来，无论是网络还是终端芯片，LTE与物联网之间总是存在一条难以跨越的鸿沟，不过，随着这些年一些通信设备公司和芯片公司的积极投入，可望改变市场局势，为LTE网络连接物联网提供更广阔的前景。

为什么要定义Cat.0呢？为了应对物联网，LTE-M（M2M）必须对LTE网络进行几个方面的优化：

1）设备成本。尽管大量设备接入带来巨大价值，但是，连接设备的成本却是一个大问题。 连接蜂窝网络的设备需要芯片支持，为了支持高清视频、在线游戏，目前LTE芯片主要支持几十到几百Mpbs的高速高性能LTE网络。芯片支持的速率越高，硬件就越复杂，成本也就越高。物联网M2M应用并不需要这么高的速率，甚至有些设备间连接只需要几百bps就够了。因此，为了减小设备成本，就得简化芯片来满足物联网M2M应用需求。

2）电池寿命。我们可以每天给手机或平板充电，物联网设备不可能每天甚至每个月为其充电，不仅不方便，而且维护成本上升。一些设备需要长期保持运行状态，一旦电池耗尽，通信中断，可能会导致重大损失。比如，应用于火警联动的设备直接将信号传送至消防中心。超长的电池使用时间，就显得尤为重要。

3）增强覆盖。对于物联网M2M应用，覆盖同样非常重要。一个简单的例子，智能水表都安装在地下室或建筑物内隐蔽的地方。由于信号衰减，通常这些地方信号偏弱。所以，需要提升增强网络覆盖来应对物联网。

在设备成本方面，R12就制定了Cat.0终端等级，实际上，Cat.0指的就是低成本的M2M设备。为了降低设备复杂性和减小设备成本，Cat.0定义了一系列的简化方案，比如：半双工FDD模式、减小设备接收带宽、单接收通路等，在R13版本还会有进一步的优化，比如取消发射分集，不再支持MIMO，支持小于1.4MHz更低的带宽，支持更低的数据速率。

在电池寿命方面，R12采用了一种叫做power saving mode（PSM，省电模式）的方案。如果设备支持PSM，在附着或TAU（Tracking Area Update）过程中，PSM向网络申请一个激活定时器值，当设备从连接状态转移到空闲状态后，该定时器开始运行；当定时器终止，设备进入省电模式。

在增强覆盖方面，LTE-M采用的技术包括：放大数据和参考信号发射功率、重传和降低性能需求，比如，允许更长时延和更高的误码率。采用这些技术，覆盖性能可以提升20dB。

除了巴塞罗那移动通信大会上华为和沃达丰合作的解决方案外，LTE-M在国内商用也开始起步，今年7月，华为与上海联通携手开通行了LTE-M蜂窝物联网CIoT(Cellular IoT)，在上海部分区域试点的智能抄表和智能泊车业务，标志着LTE-M新一代蜂窝物联网技术的商用起步。未来随着生态系统的逐渐成熟，LTE-M将在物联网专用网络中占据一席之地。

来源：http://www.iot101.com/news/2015-09-19/10438.html