LTE Cat.1在2020年一夜之間進入爆發(fā)期，成為物聯(lián)網行業(yè)的“頂級流量”。同時工信部在去年5月發(fā)布了《關于深入推進移動物聯(lián)網全面發(fā)展的通知》，明確指出由NB-IoT、LTE Cat.1 bis技術承接2G/3G物聯(lián)網業(yè)務。業(yè)內普遍認同“10%-30%-60%”的蜂窩物聯(lián)網結構，即Cat.4以上及5G承載高速率、低時延業(yè)務；NB-IoT承載低速率窄帶業(yè)務；Cat.1或eMTC承載中低速率和語音業(yè)務。隨著Cat.1技術性能的不斷提升，落地的場景越來越豐富，產業(yè)界逐漸意識到可能嚴重低估了Cat.1的市場潛力和爆發(fā)力，蜂窩物聯(lián)網大致1：3：6的格局或迎來顛覆。

如果說，2G/3G清頻退網釋放的市場需求是Cat.1快速發(fā)展的重要推手之一，那么Cat.1 bis規(guī)范的硬件（芯片+模組）落地則為Cat.1打開更廣闊的市場空間插上了翅膀。

Cat.1 bis讓Cat.1煥發(fā)新活力

雖然Cat.1技術在最近幾年才變得炙手可熱，但作為LTE技術規(guī)范的一部分，它已經存在了十余年，來自2009年3GPP Release 8的初代LTE定義。

作為最初的驅動力，智能手表等可穿戴類產品在誕生之初只能以智能手機周邊配件形式出現(xiàn)，不具備獨立的蜂窩通信功能，更稱不上絕對意義上的獨立品類。究其原因之一，3GPP對于Cat.1定義采取的是雙天線的設計，而Cat.1面對的可穿戴設備等大量應用場景都面臨極致小型化設計需求，傳統(tǒng)4G蜂窩終端必選的2Rx（雙接收天線）天線擺放異常艱難，即使強行放入，分集接收效果也會大打折扣。而支持1Rx（單接收天線）接收規(guī)格的規(guī)范僅限于Cat.0/M1/NB1，這些技術最高1Mbps的極限吞吐不足以滿足可穿戴場景的用戶體驗。因此，隨著可穿戴設備的迅速爆發(fā)，亟需制定適用于該產品類別的單天線技術規(guī)范。

2017年3月，3GPP Release 13 LTE Cat.1 bis核心部分正式凍結，其將初代LTE Cat.1作為技術錨點，會同后續(xù)配套的標準性能部分和一致性認證部分，通過極低的標準修訂成本，定義出了符合中速人聯(lián)/物聯(lián)應用場景且具備完善后向兼容能力的終端能力等級——Cat.1 bis。

可穿戴等物聯(lián)網終端追求更低的成本和更小的體積，這離不開Cat.1芯片、模組、終端等產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的共同努力。隨著Cat.1 bis技術落地到芯片和模組平臺，全新的Cat.1技術（囊括了Cat.1 bis規(guī)范）真正煥發(fā)活力，迎來飛速發(fā)展。

盡管此前Cat.1成熟的網絡覆蓋、良好的速率支撐、豐富的功能支持以及出眾的性價比優(yōu)勢，十分契合中低速率應用場景的連接需求，但是基于此前Cat.1規(guī)范的技術在性能、成本、續(xù)航和覆蓋度方面未能完全滿足中低速率多數(shù)應用的需求。

隨著Cat.1 bis單天線縮減版標準的落地，給了Cat.1一個更清晰的定位，從而催生了Cat.1專用芯片的誕生。與此同時，在現(xiàn)網覆蓋能力增強，DRX、eDRX、PSM等省電模式的加持下，Cat.1應用場景極大地拓寬，在牢牢穩(wěn)住中低速率應用區(qū)間情況下，更呈現(xiàn)出可向高、低速率應用兩端進攻的積極態(tài)勢。

Cat.1 bis的后綴“bis”意指“再次”，也寓意了傳統(tǒng)Cat.1能力的新生。

除了非常適用于共享經濟、BMS、手表手環(huán)、云喇叭、公網對講等新興行業(yè)外，Cat.1預計還將蠶食Cat.4一大部分POS機、IPC、功能機等低端市場，以及NB-IoT近幾年一直想拓展但又沒有吃下來的定位器、可穿戴外設等市場。中國市場對Cat.1 bis的青睞，以及隨之而來的巨大終端出貨量，會導致該類型芯片、模組、終端成本迅速降低，進而在全球范圍內獲得推廣。這也是蜂窩通信產品在全球范圍內一貫的推廣模式。

這對Cat.1芯片帶來了更大挑戰(zhàn)。既要將速率提升至規(guī)范上線、產品尺寸縮小、覆蓋能力增強、續(xù)航時間延長，又要將成本向LPWA靠攏。這樣一來，既可以防守Cat.1原生市場空間，又可以向高、低速率行業(yè)市場兩頭進攻。

設計難度超高的Cat.1芯片需要哪些創(chuàng)新？

由于Cat.1誕生之初是針對手機應用，需要更高的傳輸速率，而終端連接數(shù)量規(guī)模龐大的蜂窩物聯(lián)網，更看重成本和功耗。因此在過去幾年，應用于物聯(lián)網終端的Cat.1的芯片多數(shù)是從Cat.4做一些降性能和降成本設計而來，盡管市場需要的是專門設計一顆芯片。

那么Cat.1芯片設計挑戰(zhàn)在于哪些方面？

與同樣剛剛實現(xiàn)商業(yè)化的NB-IoT技術不同，LTE Cat.1在芯片設計復雜度、產品化難度、基站適配多樣性等方面高出了幾個等級。如果把中低速蜂窩物聯(lián)網芯片設計難度分為1~10十個等級，NB-IoT芯片的設計難度在2~3級，那Cat.1芯片的設計難度高達7~8級，且業(yè)內較缺乏在LTE技術方面有足夠積累和經驗的設計人員，一般團隊難以在短時間內成功研發(fā)出產品。

作為蜂窩物聯(lián)網通信芯片設計公司老兵的智聯(lián)安，自2013年成立以來，已經在5G NB-IoT芯片及4G LTE通信芯片產品上取得了喜人成績，第一代NB-IoT芯片MK8010產品已規(guī)?；慨a落地并出貨超過百萬片，今年還成功推出全球最小的第二代NB-IoT芯片MK8020，成為國內NB-IoT芯片生力軍中的一員。該公司核心研發(fā)團隊曾參與全球第一顆TD-LTE芯片的研發(fā)及量產化工作，在通信算法、物理層技術、協(xié)議棧、射頻等方面擁有大量自研IP和數(shù)十篇發(fā)明專利，具備豐富的研發(fā)經驗和強勁創(chuàng)新能力。

在NB-IoT市場站穩(wěn)腳跟后，智聯(lián)安將目光投向了前景越來越廣闊的LTE Cat.1領域。

在過去2年，公司已基于UMC28nm工藝完成3版Cat.1 bis芯片流片，全部核心技術—射頻、物理層、協(xié)議棧、SoC平臺—已經在這些流片中得到了充分驗證。今年下半年，智聯(lián)安即將推出面向LTE Cat.1市場的專用芯片MK8110，細分為兩個型號：MK8110、MK8110C。MK8110面向“純數(shù)傳”市場，集成4MB Flash，不需要額外DRAM，主打LTE Cat.1 Modem功能，適用于計量、自動化、定位跟蹤、DTU等行業(yè)。MK8110C面向“數(shù)傳+”市場，集成16MB Flash+8MB PSRAM，通過對OpenMCU、豐富接口及大容量PSRAM的支持，適用于智能POS、支付盒子、安防監(jiān)控等領域。

在超高設計難度的Cat.1芯片上，智聯(lián)安成功實現(xiàn)了多項技術創(chuàng)新，實現(xiàn)高集成度、超低電壓續(xù)航，成為Cat.1芯片新標桿之一。

首先，MK8110系列將是第一顆采用DRAMLess技術的LTE Cat.1 bis專用芯片。

與以往采用DDR作為主要內存的第一代4G物聯(lián)網芯片，和采用外置SDRAM的第二代4G物聯(lián)網芯片不同，MK8110通過對Cat.1協(xié)議棧的全新設計，使其能夠完美順暢運行在少量的片上SRAM中，這一技術方案使其在“純數(shù)傳”應用時的成本和功耗上處于領先優(yōu)勢。同時產品定義中仍保留面向Open MCU的用戶PSRAM接口設計，以應對“數(shù)傳+”市場的需求。采用DRAMLess技術可比現(xiàn)有方案成本降低30%，功耗下降30%~50%。

其次，MK8110系列也將是第一顆集成板級系統(tǒng)所有供電的LTE Cat.1 bis專用芯片。

片上集成了豐富的DC/DC、LDO、電源開關，不僅支撐了芯片內部需要的各種供電，包括對處理器內核、I/O、射頻收發(fā)器等的供電，而且進一步將板級器件所需的全部供電單元都集成到了SoC內部，包括對PA、雙工器、天線開關等的供電。

此外，MK8110系列還是第一顆采用自研的TrueSAWLESS技術的LTE Cat.1 bis專用芯片，相比SAW和傳統(tǒng)SAWLess方案，TrueSAWLESS方案接收帶寬最窄，而帶寬越窄，對帶外干擾抑制能力越強。同時，TrueSAWLESS中LNA通帶頻率隨著接收頻率自動調整，可確保帶內全部頻點能最佳覆蓋。該技術已經在去年11月流片的RF測試樣片中得到了驗證，接收機性能相比傳統(tǒng)的SAWLess技術提升2-5dB。

結語

在8月中旬中國移動公布的2021年中期業(yè)績中，物聯(lián)網智能連接數(shù)已達到9.8億，物聯(lián)網連接數(shù)首次超過“人聯(lián)網”連接數(shù)，這是一個歷史性時刻。從Cat.1到Cat.1 bis，3GPP標準規(guī)范在持續(xù)升級演進，并在芯片廠商、模組廠商、終端廠商和運營商等物聯(lián)網生態(tài)圈的共同努力下，成為構建萬物互聯(lián)的沃土。

隨著Cat.1技術日趨成熟，應用和市場需求激增，今年芯片需求預計將達到1.1~1.2億顆，然而供應端目前僅能滿足7000萬~8000萬顆，市場缺口達到4000萬~5000萬顆左右，整個行業(yè)芯片制造產能緊缺在一定程度上限制了Cat.1市場的增長勢頭。

為此，當前Cat.1產業(yè)落地的瓶頸反而落到了芯片種類和產能上，市場也需要更多的芯片平臺選擇。

隨著蜂窩物聯(lián)網市場的技術選擇終將走向專用和精簡，誰能在此時成功卡位必定會大放異彩的Cat.1市場，我們拭目以待。

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