当前是否是LTE Cat.1终端商用部署的最好时机？

近期在物联网与通信圈，除了5G技术之外，LTE Cat.1风头正盛。一些芯片公司、模组公司分别发布Cat.1的新品，产业各方也纷纷对Cat.1进行解读，颇有“乱花渐欲迷人眼”之势。Cat.1的春天来了吗？

要知道，技术生来是要为应用来服务的，一个技术的兴起到规模商用，首先要找到对的场景。有了对的场景，还要受到产业政策、产业链成熟度、获得成本等诸多因素影响，尤其在蜂窝通信方面，网络是由运营商建设和运维的，其覆盖、容量、资费等多方面因素都会对技术的应用部署产生直接影响。

今天，本着实事求是、为广大物联网应用厂商答疑解惑的态度，我们来深入探究一下，在当前纷纷攘攘的外象下，企业是否到了选择商用部署Cat.1的最好时机。

01

2G面临退网的大背景下， NB-IoT是最佳替代技术，Cat.1可做补充

随着VoLTE的成熟，2G网络语音业务逐步被4G所替代，2G网络基本成为长周期低ARPU值的物联网应用为主。从运营商的角度来看，2G占据了优秀的低频资源，但频谱利用效率很低。运营商2G/3G/4G/5G“四代同堂”，对网络维护和运营也带来不小的压力。

对此，2019年10月，工信部信息通信发展司已经明确表示，2G、3G的退网是移动通信更新换代的必然选择，中国的移动通信网络2G、3G退网的条件已经逐渐成熟。在2G承载的物联网连接转移上，由NB-IoT和LTE分担再合适不过，LTE Cat.1因此也正式被再度“提”上日程。

LTE Cat.1不是一个新的技术，早在2009年发布的3GPP Release 8中被正式定义了，并在2016年发布的3GPP Release13中补充了LTE Cat.1 bis，与Cat.1全兼容。在通信技术飞速发展的时代，Cat.1已经不折不扣的是个“老人”了，但从确立标准到现在一直没有很好的发展起来。

如今，NB-IoT和Cat.1谁能更好承担接替2G物联网连接的重任？让我们首先针对2G以及NB-IoT、Cat.1的技术做一个直观的对比。

图注：2G、NB-IoT、Cat.1技术直观的对比

从技术上指标来看，NB-IoT在R14版本之后可以支持120kbps以上的传输速率，已经超过2G的能力，并且其功耗、深度覆盖能力则远远优于2G。唯一不足的是，NB-IoT在语音支持能力以及需要高频传送的能力上不及2G。

再来看Cat.1，其传输速率在10Mbps，明显高于2G和NB-IoT，用来替换2G的纯数据类业务颇有些大材小用，但其覆盖能力却比2G还要小3个dB，这是比较令人担心的一点。语音支持能力是Cat.1的强项，抛却覆盖能力，单从技术来看语音类业务可以考虑由Cat.1来承载。

我们再从行业应用的维度上，对2G承载的物联网业务做一个梳理。

图注：2G承载的物联网业务需求和替代技术分析

从上表中可以看出，2G重点承载的Top业务从共享单车、物流监控、POS机以及设备监控类，均不需要语音支持，数据交互的频度也不高，这部分完全可以由NB-IoT来承载。只有语音类、高频度传输类业务如“两客一危类”业务，超出了NB-IoT的能力范围，但这类业务也只占到了2G承载业务量的10%左右。

再从获得成本上来看，通信模组的价格则直接关系到物联网应用的终端成本，让我们简单再做一个比较。

图注：三种IoT模组的价格与产业进度

NB-IoT从2016年开始试点发展到今天，已经跑出了博尔特百米冲刺的发展速度，现在无论在运营商覆盖还是在模组的价格、资费上，已经做到了媲美2G的水准。

而Cat.1当前的产业链还远谈不上成熟，并且按照现在主流Cat.1芯片的设计，即便规模上量后，也不可能做到与2G模组相当的价格水平。模组价格过高，将成为影响Cat.1规模商用的首要制约因素。

02

运营商的LTE网络承压很重，还没有准备好迎接Cat.1终端的大量入网

物联网的业务中，除了占60%左右的低速率业务外，还有将近30%的中高速率业务需要LTE技术的承载，目前主要是LTE Cat.4在承载这一重任。

经历了长时间的磨合和运营，Cat.4已经是非常成熟稳定的中高速承载技术。在近期Cat.1的讨论中，针对中速场景如视频监控等，使用Cat.1替代Cat.4也是大家感兴趣的一点。

单从技术上来看，Cat.4上行最高50Mbps、下行最高150Mbps的速率更高，但Cat.4模组在功耗、集成度、价格方面都有些高配。而Cat.1兼顾性能、功耗、成本等优势，在10Mbps以下的中速场景中的确可以跟Cat.4一较高下。

最近有运营商启动了Cat.1模组的招标，但运营商是否真正准备好迎接Cat.1？

首先看一下基础的通信性能表现。很多人认为LTE网络的覆盖已经很完善了，但这个前提是在网的LTE物联网终端都是支持双天线接收的。我们对几款主流的Cat.1模组的公开资料做了分析，发现主流厂商的Cat.1模组均是做了单天线的设计。

通过计算，相比Cat.4双天线接收，Cat.1/Cat.1 bis接收灵敏度小3dB，下行覆盖距离损失18%，覆盖面积损失33%。在当前LTE网络未针对Cat.1做优化的情况下，Cat.1单天线终端在LTE小区边缘是否会出现接入困难、掉网等现象呢？

再看下运营商网络的情况，当前LTE网络中的物联网终端基本上都为Cat.4终端，在Cat.1终端接入后，假设两者数量一致，会对LTE现网容量带来怎样的变化，如下为一些仿真的结果。

可以看到，在引入Cat.1之后，LTE整个小区的容量恶化将近15%。这将给运营商带来很大的网络压力。那运营商网络是否已经准备好应对Cat.1带来的挑战？

我们认为没有，当前中国运营商投资建设的重点在5G，2019年5G基站的数量为13万站，到2020年预计将会达到75万站，因此推测LTE网络当前应该还是以维持策略为主。

据GSMA估计，2019年LTE基站数量为519万站，LTE的用户承载占比在2019年为50%。我们做了一个简单的测算，在用户侧，依据GSMA的数据，到2020年底，预计LTE用户数承载占比将增加5%。在基站侧，如果2019年完成部署的13万5G基站也同步开通LTE的话，相较于LTE站点数新增2.5%。

可以看出，站点数增长的比例远不及用户数增加的比例，LTE的网络压力进一步加大。此时如果Cat.1大量入网，将会进一步加剧网络压力和性能恶化。

到了2021年，预计LTE用户数承载占比将增加8%，而2020年新增的62万个5G基站同步开通LTE的话，相当于LTE站点新增12.6%，可以看出站点增加比例已经超过了终端增加比例，LTE网络压力出现释放拐点，此时再将Cat.1终端引入，才是正确的时机。

图注：终端连接比例，数据来源GSMA

图注：2021年底4G现网压力出现拐点

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Cat.1虽好，但火候未到，少量尝鲜可以，规模商用建议在2021年之后

综合以上粗略的分析，我们认为，以NB-IoT和Cat.1的组合来承接2G退网的低速物联网行业应用是合适的，而主要以NB-IoT为主。

在中高速业务的匹配上，2020-2021年的商用物联网终端还是建议以成熟稳定的Cat.4为主，虽然Cat.1在成本、尺寸、功耗上具备一定优势，但在今年5G投资建设的大潮下，Cat.1的进入不是一个合适的时机，如果大量引入网络，可能会是行业应用抱怨信号不好，而运营商也头痛网络压力的双输局面。

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