随着5G时代的悄然到来，高速率、大容量、低时延的网络特性深刻冲击了普罗大众的认知，而“万物互联”的概念也在这一过程中逐渐深入人心。

但事实上，普遍的物联网所需求的并不仅仅是高速率低延时的网络环境，其中约有三成为中速率场景的连接需求。而在目前国内运营商2G/3G 网络退网趋势渐明的当下，这一庞大的连接需求将由兼顾速率、功耗和成本，技术特性更为合适的LTE Cat.1标准设备所接手。

那么，在如今的形式下，我们有必要对Cat.1进行深入的了解。本系列文章将以七篇的篇幅对Cat.1 技术进行全面地阐述科普。作为Cat.1技术系列科普文章的首篇，本文将解析Cat.1的技术特点，并结合实际，综述当下的产业发展概况。


1、Cat.1 技术定义

CatX 全称为 LTE UE CategoryX，是 3GPP 用来衡量用户终端设备的无线性能的标准。UE Category 包含很多的无线特性，其中最重要的一个就是 UE 支持的速率。2009 年 3 月，3GPP 在 Release8（以下简称 R8）中正式提出 LTE，并同步推出 LTE Cat.1（以下简称 Cat.1）、Cat.2、Cat.3、Cat.4、Cat.5 这 5 个终端类别，其中定义的 Cat.1 上/下行峰值速率为 5/10Mbps。

R8 版本的 Cat.1 设备设计简单，功耗低，中等速率，最初应用于智能穿戴类产品。但通常智能穿戴类设备只配备 1 根天线，R8 的 Cat.1 终端则采用了双天线设计，这对于体积敏感度极高的智能穿戴类设备而言，市场接受度不高，并未形成规模应用。

3GPP 随后在 R13 中将这个天线问题解决，提出 Cat.1 bis 标准。Cat.1 bis 采用单天线设计，并对算法做进一步简化，在降低复杂度的同时，元件成本也得到降低，基于 Cat.1 bis 的 Cat.1 的全兼容性，现有的基站版本可同时支持 Cat.1 和 Cat.1 bis 终端。单天线劣势是带来 4dB 的下行平均性能损失。

随着国内运营商 2G/3G 网络退网趋势渐明，Cat.1 将承担主要的中速率场景需求，这部分需求占到物联网连接数的三成，是一个非常庞大的市场。LTE 在蜂窝物联网连接中扮演重要角色，目前 LTE 最为成熟商用的是 Cat.4 技术，具有较高速率和低时延特性，并拥有优秀的网络覆盖。然而 Cat.4 并不适用于对速率要求不高、但对时延和成本较为敏感的行业应用，如公网对讲、共享经济、金融支付、可穿戴/追踪、智慧能源、工业控制等，Cat.1 兼顾速率、功耗和成本，并借助 LTE 的网络的广覆盖，比 Cat.4 更适合以上这些场景。总得来说，Cat.1 适合对网络速率要求不是很高、要求稳定性较高且成本较低的连接需求。在 4G 模组中发展势头强劲，渗透率一路走高。

2、 Cat.1 终端特点

（1）频段要求

表 1：Cat.1 频段要求

（2）通信协议要求

应满足 3GPP R8 或以上的要求。

（3）UE 能力

表 2：UE 下行链路物理层参数值

表 3：UE 上行链路物理层参数值

3、 Cat.1 通信特点

Cat.1 通信能力属于中低速档次，可以视为低配的 LTE 技术。能满足一定高速移动、时延敏感、支持语音、低成本和低功耗的场景需求，业务上与 2G/3G、CatM1（以下简称 eMTC）、CatNB1（以下简称 NB-IoT）、Cat.4 有一定重合。Cat.1、 eMTC 和 NB-IoT 是专门针对物联网市场的，Cat.1 相比其他几种技术具有如下优势：

（1）Cat.1 与NB-IoT 相比，具有网络覆盖、建网成本和通信优势

Cat.1 承载于现有 LTE 网络，而 LTE 网络在全球均有良好覆盖，运营商无需额外升级基站的硬件配置，只需对基站的参数进行配置，即可实现 Cat.1 终端接入。NB-IoT 则需要新建基站增加硬件资源投入，，现有的 NB-IoT 网络覆盖远低于 LTE 网络。在通信方面，NB-IoT 受限于数据传输速度和移动速度、时延需求， 通常适用于小码流、静止状态的场景如三表（水表、电表、燃气表）。Cat.1 可以传输更大的码流，且具有很好的移动性与语音功能。

（2）Cat.1 与 2G/3G 相比，具有网络覆盖和通信优势

随着 2G/3G 减频退网工作的实施，2G/3G 市场进一步萎缩，势必无法成为未来物联网的发展方向。未来 NB-IoT+4G+5G 将作为物联网海量终端的主要蜂窝承载网络。

（3）Cat.1 与eMTC 相比，具有建网成本优势

运营商现有 LTE 基站若想支持 eMTC 则需要支付额外的费用来升级网络。目前国内运营商在 eMTC 网络上并无过多投资，eMTC 在国内的生态、产业链发展均不理想。

（4）Cat.1 与Cat.4 相比，具有成本优势

Cat.1 与 Cat.4 网络兼容，且具有 Cat.4 一样的优势。虽然速率和信号质量都稍逊一筹，但 Cat.1 采用单天线、低存储方案设计，硬件架构更简单，拥有更高的集成度和更低的功耗、成本 Cat.4 在功耗、集成度、价格方面很难满足部分行业的物联网应用需求,而 Cat.1 适合物联网目前的商业模式，受到国内产业链的青睐，可承接上述物联网应用场景的能力。

未来数百亿的物联网连接中，对于网络的能力需求是不一样的，10的节点需要大带宽高速的通信技术，如高速率 4G（LTE Cat.4 以上）、5G 等；30的节点需要中等速度传输技术，如 2G/3G、Cat.1 与 eMTC；而 60的节点需要低速率的连接技术，如 NB-IoT、LoRa 等。Cat.1 有望成为 30的中速场景中的主要技术。

图 1：无线通信技术比较

4、 Cat.1 产业发展情况

（1）移动物联网政策解读

2020 年 5 月 7 日，工业和信息化部办公厅发布了工信厅通信〔2020〕25 号文，即《关于深入推进移动物联网全面发展的通知》（以下简称《通知》）。通知明确了移动物联网产业的发展路径、推动制定移动物联网与垂直行业融合标准、推进移动物联网应用发展等。政策促进和推动力量将显著加速移动物联网生态成熟，促进相关技术演进，并推动规模应用发展。

《通知》明确了任务，要推动国内建立一分为三的“多层次、高效率”的移动物联网综合生态体系。明确了 2020 年目标：（1）NB-IoT 网络实现县级以上城市主城区普遍覆盖，重点区域深度覆盖；（2）移动物联网连接数达到 12 亿；（3）推动 NB-IoT 模组价格与 2G 模组趋同，引导新增物联网终端向 NB-IoT 和 Cat.1 迁移；（4）打造一批 NB-IoT 应用标杆工程和 NB-IoT 百万级连接规模应用场景。

《通知》中将移动物联网演进的双路径可以归纳为：（1）2G/3G 转向 NB- IoT/Cat.1，该路径主要服务于中低速率业务场景；（2）推动 5G 发展，该路径服务于高速率低时延的特定场景,目前以 LTE Cat.4 为主，后续逐步引导转向 5G。

2G/3G 退网是移动通信更新换代的必然选择，与 NB-IoT/4G/5G 等先进技术相比，2G/3G 技术的频谱利用效率较低。市场研究机构 Counterpoint 的数据显示，截至 2019 年底，国内三大运营商的物联网连接数约为 11.5 亿个，2G 占比约为 42。而 NB-IoT 连接数刚刚超越 1 亿个，仅对 2G 存量的替换空间达到近

4.8 亿个。目前国内三大运营商连接净增也主要在 NB 与 4G 上，2G/3G 连接较 19 年均有下滑，但存量物联网连接中，2G/3G 连接占比较大。数据显示，2020 年国内三大运营商 2G/3G 占总连接约 50以上，联通 2G/3G 存量占联通总连接超 25。未来 Cat.1 和 NB-IoT 将成为承接 2G/3G 转网业务提升频谱利用效率的有效手段。NB-IoT 主要承接低速固定场景需求，Cat.1 主要承接中速移动场景和话音场景需求。

图 2：中国联通 2020 年 4 月连接占比

Cat.1 网络非常适用于目前的中国国情，运营商在 LTE 网络上都做了巨大投入，LTE 网络非常完善，全国人口覆盖率超 98，基本实现全国连续覆盖。在工信部发布的《2019 年通信业统计公报》中显示， 2019 年底全国 4G 基站总数达到 544 万。数据显示截止 2020 年 5 月，中国联通 4G 基站总数达到 144 万个，其中 LTE 900MHz 基站约 24 万个。强大的网络支撑给 Cat.1 发展提供了扎实的根基。随着三家运营商加速 2G/3G 退网转 4G，运营商也在积极引导行业用户使用NB-IoT 和 Cat.1 终端模组，Cat.1 前景势必一片广阔。

（2）Cat.1 产业链发展情况

3GPP R8 发布 Cat.1 后，高通、Sequans、Altair 等国外芯片厂商率先推出Cat.1 芯片。高通在 2016 年推出 Cat.1 方案，和 Cat.4 方案采用同一个芯片平台，生产的模组与国产 Cat.4 模组价格相差无几。2017 年，中国电信由于 CDMA 网络成本较高，曾考虑利用 Cat.1 迁移物联网用户，但受限于成本，并没有实现规模应用。成本和技术的双重困境导致 Cat.1 芯片在前几年在国内并未得到很好的发展。直到 2019 年下半年紫光展锐等国产芯片厂商发布 Cat.1 芯片，模组厂商才纷纷入局。截止目前已发布 Cat.1 产品的模组商有移远、有方、广和通、美格智能、合宙等。

Cat.1 模组兼顾制式、性能、功耗、成本优势，主流模组厂商均已发布相关产品，带动新零售、公网对讲、POS 终端、工业 DTU、资产追踪、共享类硬件等领域纷纷加快 Cat.1 终端研发上市。加上工信部《通知》中“鼓励各地设立专项扶持和创新资金，加大 Cat.1 芯片和模组研发工作，推动模组成本降低，促进规模应用”的利好政策助推，预计未来一年大量的 Cat.1 终端将上市和规模应用， 带动产业升级，Cat.1 产业链成熟度将持续提升。

5、 小结：

毫无疑问，Cat.1高可靠、低延时、低功耗、低成本、中速率的技术特点，以及对现有4G基础设施无缝兼容的特性，让它更加适应未来的中速移动物联网需求。

而在整体的产业方面，无论是国家政策还是市场选择也都在积极转向Cat.1，毫无疑问，Cat.1的强势崛起已成定局。