LTE CAT1到CAT10, CAT0及物聯網

Cat.即UE-Category，根據3GPP的定義，UE-Category分為1~10共10個等級，其中Cat.1-5為R8定義，Cat.6-8為R10定義，Cat.9-10為R11定義。

如上圖，UE-Category主要定義了UE終端能支援的上下行速率。

Cat.0是被寫入3GPP Rel.12標準，支援更低速率、更低功耗版本的LTE終端等級。Cat.0 和 Cat.1都是指向廣闊的物聯網市場，實現更低功耗、更低成本物聯網裝置串連到LTE網路。支援更低Category，對穿戴式裝置、智慧家庭和智慧電錶等物聯網應用非常關鍵。

不過，一直以來，無論是網路還是終端晶片，LTE與物聯網之間總是存在一條難以跨越的鴻溝，不過，隨著這些年一些通訊裝置公司和晶片公司的積極投入，可望改變市場局勢，為LTE網路連接物聯網提供更廣闊的前景。比如，前不久，Sequans與Altair相繼宣布近期將推出Cat.0和Cat.1晶片集。

為什麼要定義Cat.0呢。

為了應對物聯網，LTE-M（M2M）必須對LTE網路進行幾個方面的最佳化：

1）裝置成本

儘管大量裝置接入帶來巨大價值，但是，串連裝置的成本卻是一個大問題。 串連蜂窩網路的裝置需要晶片支援，為了支援高清視頻、線上遊戲，目前LTE晶片主要支援幾十到幾百Mpbs的高速高效能LTE網路。晶片支援的速率越高，硬體就越複雜，成本也就越高。物聯網M2M應用並不需要這麼高的速率，甚至有些裝置間串連只需要幾百bps就夠了。因此，為了減小裝置成本，就得簡化晶片來滿足物聯網M2M應用需求。

2）電池壽命

我們可以每天給手機或平板充電，物聯網裝置不可能每天甚至每個月為其充電，不僅不方便，而且維護成本上升。一些裝置需要長期保持運行狀態，一旦電池耗盡，通訊中斷，可能會導致重大損失。比如，應用於火警聯動的裝置直接將訊號傳送至消防中心。超長的電池使用時間，就顯得尤為重要。

3）增強覆蓋

對於物聯網M2M應用，覆蓋同樣非常重要。一個簡單的例子，智能水表都安裝在地下室或建築物內隱形地方。由於訊號衰減，通常這些地方訊號偏弱。所以，需要提升增強網路覆蓋來應對物聯網。

裝置成本

為了減少裝置成本，R12就制定了Cat.0終端等級，實際上，Cat.0指的就是低成本的M2M裝置。為了降低裝置複雜性和減小裝置成本，Cat.0定義了一系列的簡化方案，主要包括：

1. 半雙工FDD模式（Half duplex FDD).

半雙工FDD模式允許在FDD模式下時分複用。

2.減小裝置接收頻寬到1.4MHz，當然，也可以擴到20MHz。

3.單接收通路，取消RX分集雙通路。

4.低速資料速率。不僅降低速率需求，處理器計算能力和儲存能力也相對降低。

在R13版本還會有進一步的最佳化，比如取消發射分集，不再支援MIMO，支援小於1.4MHz更低的頻寬，支援更低的資料速率。

關於Cat.0、Cat.1、Cat.4和R13版本的Cat.的特徵比較如下圖：

為了面向物聯網，降低裝置成本，除了定義Cat.0終端裝置等級外，還需要對電池使用時間長度和覆蓋進行最佳化。

電池使用壽命

為了省電，R12採用一種叫power saving mode (PSM，省電模式) 的方案。如果裝置支援PSM，在附著或TAU（Tracking Area Update）過程中，PSM向網路申請一個啟用定時器值。當裝置從串連狀態轉移到空閑狀態後，該定時器開始運行。當定時器終止，裝置進入省電模式。當裝置進入省電模式，裝置不再接收呼叫訊息，看起來裝置和網路失聯，但裝置仍然註冊在網路中。裝置將一直保持這種省電模式，直到裝置需要主動向網路發送資訊（比如周期性TAU，發送上行資料等）。