物聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)下最炙手可熱的科技概念之一。所謂物聯(lián)網(wǎng)，本質(zhì)上是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步延伸。傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)中，連接的設(shè)備主要是PC、手機(jī)、平板等個(gè)人終端，相當(dāng)于以“人”為連接對(duì)象；隨著技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)連接生產(chǎn)生活中涉及到的幾乎一切設(shè)備，也就是將“萬(wàn)物”作為連接對(duì)象。從連接人與人到連接人與物、物與物，這將是互聯(lián)網(wǎng)的一場(chǎng)影響深遠(yuǎn)的革命。
既然物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)是連接萬(wàn)物，物聯(lián)網(wǎng)必然要在現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)，尤其是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行建設(shè)，這樣才能具備廣泛的覆蓋能力和良好的兼容性。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從誕生伊始，就與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是共生共進(jìn)的關(guān)系。在美國(guó)高通公司等行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者制定移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的升級(jí)標(biāo)準(zhǔn)——千兆級(jí)LTE的相關(guān)規(guī)范時(shí)，特別加入了對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)支持，并同時(shí)制訂了物聯(lián)網(wǎng)的兩大標(biāo)準(zhǔn)：Cat-NB1和Cat-M1?；谶@兩大標(biāo)準(zhǔn)，物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)就有了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著千兆級(jí)LTE網(wǎng)絡(luò)的推廣，物聯(lián)網(wǎng)也將迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)的熱潮。
什么是LTE物聯(lián)網(wǎng)？
在3GPP開(kāi)發(fā)的4G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第13版（Cat.13）中，引入了一套面向物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化的全新窄帶技術(shù)，稱為L(zhǎng)TE物聯(lián)網(wǎng)。
圖1：LTE物聯(lián)網(wǎng)是以LTE移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
與傳統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算設(shè)備不同，接入物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備對(duì)聯(lián)網(wǎng)帶寬的要求往往較低，更加重視長(zhǎng)時(shí)間工作的穩(wěn)定性、持續(xù)性，同時(shí)希望聯(lián)網(wǎng)消耗的電力與相關(guān)的成本盡可能減少。在這樣的背景下，高通公司主導(dǎo)提出了能夠高效支持較低數(shù)據(jù)速率應(yīng)用的兩個(gè)全新用戶設(shè)備（UE）類別，分別適用于LTE Cat-M1（eMTC）和LTE Cat-NB1（NB-IoT）標(biāo)準(zhǔn)。前者可以提供廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用覆蓋，并且令物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備具備一定的計(jì)算能力，而后者針對(duì)低成本物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)一步縮減了成本和功率。
圖2：LTE物聯(lián)網(wǎng)的兩大標(biāo)準(zhǔn)，Cat-M1與Cat-NB1
Cat-M1和Cat-NB1都是4G LTE路線圖的一部分，設(shè)計(jì)為與現(xiàn)有的LTE基礎(chǔ)設(shè)施、頻譜和設(shè)備共存。LTE物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)了諸多改進(jìn)，包括降低復(fù)雜性支持更低成本的設(shè)備、提供更節(jié)能的低功率模式，并使用全新的先進(jìn)傳輸技術(shù)深化覆蓋面。LTE物聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)絡(luò)也進(jìn)行了加強(qiáng)，能夠更高效地處理以物聯(lián)網(wǎng)為中心的流量，支持海量的設(shè)備連接。
Cat-M1與Cat-NB1標(biāo)準(zhǔn)詳解
高通公司研發(fā)的MDM9206雙模物聯(lián)網(wǎng)芯片是最早同時(shí)支持LTE物聯(lián)網(wǎng)兩大規(guī)范的物聯(lián)網(wǎng)芯片產(chǎn)品，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是物聯(lián)網(wǎng)界的“全網(wǎng)通”產(chǎn)品。以這款芯片為例，我們來(lái)具體了解一下Cat-M1與Cat-NB1兩種標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)細(xì)節(jié)。
Cat-M1
LTE Cat-M1又稱eMTC（增強(qiáng)型機(jī)器類型通信），其目的是提供最廣泛的物聯(lián)網(wǎng)功能。其最高可實(shí)現(xiàn)1Mbps的數(shù)據(jù)速率，但只在4G LTE移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)頻譜中使用1.4MHZ設(shè)備帶寬。
Cat-M1可以和現(xiàn)有的LTE常規(guī)流量全面共存，也支持語(yǔ)音（VoLTE）連接，并具備有限到完全的移動(dòng)性。在增強(qiáng)型覆蓋模式中，Cat-M1還可以獲得15db的信號(hào)提升，增強(qiáng)信號(hào)的穿透能力與覆蓋面。
例如，配備MDM9206物聯(lián)網(wǎng)芯片的一種生產(chǎn)線自動(dòng)巡查小車能夠在1Mbps的通信速率下與控制室連接，將傳感器獲得的生產(chǎn)線圖像數(shù)據(jù)乃至音頻信號(hào)實(shí)時(shí)回傳到位；小車在高速移動(dòng)時(shí)也能保持良好的連接性能，且在進(jìn)入室內(nèi)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、信號(hào)不佳的廠區(qū)時(shí)仍舊可以在增強(qiáng)型覆蓋模式的幫助下保持通信。工廠并不需要單獨(dú)廠內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備建立私有無(wú)線局域網(wǎng)，因?yàn)?G LTE網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在廠區(qū)內(nèi)有著良好的覆蓋。
圖3：兩大物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與LTE常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)之間的對(duì)比
Cat-NB1
LTE Cat-NB1又稱NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）。與Cat-M1相比，Cat-NB1進(jìn)一步降低了設(shè)備復(fù)雜性并擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)覆蓋面，從而應(yīng)對(duì)低端物聯(lián)網(wǎng)使用場(chǎng)景的需求。
Cat-NB1使用窄帶工作，僅在LTE網(wǎng)絡(luò)中消耗200Khz的設(shè)備帶寬，實(shí)現(xiàn)數(shù)十kbps的數(shù)據(jù)速率。與Cat-M1相比，Cat-NB1犧牲了數(shù)據(jù)速率和功能（無(wú)移動(dòng)能力和語(yǔ)音支持），但信號(hào)有5db的額外增益，覆蓋面更加廣泛。
例如，一種配備MDM9206物聯(lián)網(wǎng)芯片的固定式道路傳感器安裝在常見(jiàn)的路燈基座中，可以收集周圍路面的噪聲、空氣質(zhì)量、車流量等數(shù)據(jù)，并通過(guò)LTE物聯(lián)網(wǎng)間隔地傳回市政數(shù)據(jù)庫(kù)。由于Cat-NB1的覆蓋面優(yōu)勢(shì)，這種傳感器可以安裝在非常偏遠(yuǎn)的道路旁，而無(wú)需市政部門為其提供額外的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)支持。
從上文的介紹中我們能夠注意到，雖然兩種物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)有著較大的區(qū)別，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，但是高通公司的MDM9206物聯(lián)網(wǎng)芯片卻可以同時(shí)支持這兩大標(biāo)準(zhǔn)，兼容兩類應(yīng)用環(huán)境。這就是高通公司在物聯(lián)網(wǎng)芯片方面的重要?jiǎng)?chuàng)新：雙模物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。
物聯(lián)網(wǎng)芯片是設(shè)備接入物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵，相當(dāng)于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端的調(diào)制解調(diào)器，其重要性不言而喻。但相較移動(dòng)終端，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)物聯(lián)網(wǎng)芯片的功率、成本都有非常嚴(yán)格的約束，這就對(duì)物聯(lián)網(wǎng)芯片的水平提出了很高的要求。
與此同時(shí)，兩大物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景并不是互斥的。事實(shí)上，很多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要經(jīng)常在移動(dòng)/高速率與固定/低速率兩種工作狀態(tài)間來(lái)回切換，這就意味著它們需要同時(shí)兼容兩種物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，并在兩種網(wǎng)絡(luò)間迅速、無(wú)縫地切換。例如，遠(yuǎn)程傳感器在平時(shí)以低速模式間斷傳輸常規(guī)數(shù)據(jù)，遇到突發(fā)事件時(shí)就要切換到高速模式，實(shí)時(shí)傳送視頻、音頻等復(fù)雜信息；共享單車在騎行狀態(tài)下以移動(dòng)模式與控制中心通信，而停放時(shí)則切換到固定模式以節(jié)約電力，等等。
另外，在運(yùn)營(yíng)商部署LTE物聯(lián)網(wǎng)的過(guò)程中，Cat-M1與Cat-NB1兩大標(biāo)準(zhǔn)的推廣并不是完全同步的?？赡艹霈F(xiàn)的情況是，某些地區(qū)先上馬了M1，某些地區(qū)則先推廣了NB1。因此，業(yè)務(wù)范圍廣泛的企業(yè)在部署物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時(shí)，更需要考慮大批量采購(gòu)的設(shè)備對(duì)兩種規(guī)范的良好兼容性，以降低部署成本和難度。
因此，開(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的企業(yè)要使自己的產(chǎn)品具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，獲得更多客戶的青睞并迅速推廣，就需要為設(shè)備同時(shí)提供對(duì)兩種物聯(lián)網(wǎng)規(guī)范的良好支持能力，同時(shí)還要保持較低的成本和設(shè)備功耗。顯然，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵就在于物聯(lián)網(wǎng)芯片。
高通公司的雙模物聯(lián)網(wǎng)芯片正是在預(yù)見(jiàn)到了這一市場(chǎng)趨勢(shì)而研發(fā)的產(chǎn)品。MDM9206雙模物聯(lián)網(wǎng)芯片在單芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對(duì)Cat-M1和Cat-NB1的完整支持，同時(shí)具備出色的可靠性、足夠低的功耗和非常有競(jìng)爭(zhēng)力的全壽命期成本。
圖4：高通MDM9206雙模物聯(lián)網(wǎng)芯片參數(shù)
MDM9206同時(shí)支持TDD和FDD兩大LTE標(biāo)準(zhǔn)，使設(shè)備可以兼容不同國(guó)家、不同運(yùn)營(yíng)商的LTE網(wǎng)絡(luò)；支持GPS、GLONASS、北斗和伽利略幾大衛(wèi)星定位技術(shù)，在各大洲都能有出色的定位能力；基于Cortex-A7核心的處理器最高工作在1.3GHZ，兼具性能和低功耗特性；同時(shí)支持Linux和ThreadX軟件平臺(tái)，兼容性更出色。此外，MDM9206還支持高通受信任執(zhí)行環(huán)境、加密引擎、安全啟動(dòng)等多項(xiàng)安全功能，保護(hù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備不受惡意攻擊等網(wǎng)絡(luò)威脅的影響。
在MDM9206雙模物聯(lián)網(wǎng)芯片的支持下，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備就能在全球各國(guó)的各種環(huán)境、各種LTE標(biāo)準(zhǔn)、定位標(biāo)準(zhǔn)、軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境下都發(fā)揮出色的連接能力。研發(fā)一款物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，立刻就能推銷到全球數(shù)十個(gè)重要市場(chǎng)，大大增強(qiáng)了設(shè)備開(kāi)發(fā)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，顯著降低了企業(yè)研發(fā)、推廣中的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。
與此同時(shí)，雙模物聯(lián)網(wǎng)芯片的普及也將明顯降低運(yùn)營(yíng)商在推廣LTE物聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行相關(guān)建設(shè)時(shí)的難度。運(yùn)營(yíng)商可以根據(jù)自身的能力與各地區(qū)的具體情況更加靈活地安排網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，而不用太過(guò)顧及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的兼容性。高通公司也在與運(yùn)營(yíng)商合作，為他們?cè)鰪?qiáng)LTE網(wǎng)絡(luò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的核心支持能力，更好地適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)需求。
圖5：已經(jīng)有諸多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備研發(fā)企業(yè)選擇了高通公司MDM9206雙模物聯(lián)網(wǎng)芯片
解決了運(yùn)營(yíng)商與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開(kāi)發(fā)企業(yè)的需求痛點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)推廣、普及的最大障礙就不復(fù)存在了。由此可見(jiàn)，高通公司的雙模物聯(lián)網(wǎng)芯片是開(kāi)啟物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展是至關(guān)重要的。相比之下，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的單模物聯(lián)網(wǎng)芯片基本上不具備實(shí)用性，難以適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的復(fù)雜需求，事實(shí)上已經(jīng)被市場(chǎng)淘汰。
物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代前瞻：萬(wàn)物互連
在成功推出雙模物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與MDM9206物聯(lián)網(wǎng)芯片后，高通公司又將眼光轉(zhuǎn)向了未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展。
圖6：5G物聯(lián)網(wǎng)愿景
預(yù)計(jì)在2019年開(kāi)始部署的5G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將為物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)更大的機(jī)遇。5G將是連接新行業(yè)、支持新服務(wù)并營(yíng)造新用戶體驗(yàn)的更強(qiáng)大統(tǒng)一連接平臺(tái)，而物聯(lián)網(wǎng)將是5G不可或缺的一部分。
圖7：高通公司在5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的創(chuàng)新
高通公司已經(jīng)在5G路線圖中引入了多項(xiàng)關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)支持的增強(qiáng)技術(shù)，包括RSMA（資源擴(kuò)展多址接入）、多跳網(wǎng)狀網(wǎng)、廣域網(wǎng)管理、關(guān)鍵任務(wù)控制物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)等多項(xiàng)創(chuàng)新。在這些技術(shù)的幫助下，5G時(shí)代的物聯(lián)網(wǎng)將具備前所未有的強(qiáng)大能力，支持海量級(jí)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，完全實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互連的偉大愿景。
與此同時(shí)，可以預(yù)計(jì)在下一個(gè)十年，高通公司將主導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展和普及過(guò)程，在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中占據(jù)最重要的地位。高通公司的夢(mèng)想——從連接人與萬(wàn)物到連接萬(wàn)物，也將在不久的將來(lái)成為現(xiàn)實(shí)，使我們的生活更加美好和便利。
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