cat芯片（网红Cat.1的诞生）

对于物联网设备来说，通信模块肯定是必不可少。前几年的物联网市场，NB-IoT也一直是非常的火爆，不过自去年年底以来，Cat.1迅速成为了物联网领域的“网红”，芯片厂商、模组厂商、运营商都在纷纷力推Cat.1。那么，Cat.1真的是一个新的趋势吗？

什么是Cat.1？

Cat.1中的“Cat”并不是指“猫”，而是Category的缩写，Cat.1的全称是LTE UE-Category 1（UE是指User Equipment），是对于LTE网络下用户终端设备的无线性能的一种分类。

根据3GPP的定义，将UE-Category划分为1-15共15个等级，其中，Cat.1-5由2009年3月3GPP发布Release 8版本定义，Cat.6-8由2011年3GPP发布的Release 10定义。随后的Release 11定义了Cat.9-12，Release 12定义了Cat.13-15。

其中，Cat.1主要就是针对物联网应用的，其下行速率最高可达10Mbps，上行速率最高可达5Mbps。但是，由于当时Cat.1终端需要使用2根天线，这在当时，对于一些对于体积要求较高的可穿戴设备来说并不友好。

为了应对物联网设备更为多样化的应用场景，3GPP还在Release 12版本中新增加了针对物联网市场的新终端设备的无线性能等级Cat.0，放弃了对MIMO（多天线）的支持，简化为半双工，峰值速率降低为1Mbps，终端复杂度降低为Cat.1的50%左右。虽然Cat.0终端的信道带宽降至1.4MHz，但其射频接收带宽仍达到了和Cat.1一样的20MHz。

随后，3GPP在R13中又新增了Cat.M1（即eMTC，增强型机器类型通信）和Cat.NB-1（即NB-IoT）。其中，eMTC的信道带宽和射频接收带宽均为1.4MHz，最高数据传输速率1Mbps，终端复杂度进一步降低。而NB-IoT的带宽大约为180KHz，支持100Kbps以下速率传输低流量数据。

可以看到，eMTC和NB-IoT都主要是针对低速率、低功耗、低成本的物联网应用。而针对中速率的物联网应用市场，主要就是Cat.1。随着近年来物联网及可穿戴市场的爆发，越来越凸显了LTE缺乏单天线标准的缺憾。于是在2017年，LTE Cat.1 bis正式成为LTE单天线UE等级。

2G、3G加速退网，Cat.1的机会来了

众所周知，在前几年的物联网市场，NB-IoT得益于其强连接、高接入量、超低功耗、深度覆盖、低成本、高安全可靠性等优势，得到了全球众多运营商和物联网厂商的力推，并且已经在智能水表、电表、燃气表、路灯等众多场景得到了广泛应用。这类场景具有静止、数据量小、时延要求不高等特点，但对功耗、成本、网络覆盖等有较高的要求。

相比之下，eMTC、Cat.0、Cat.1虽然具有传输速率更高、低延时、支持移动性、支持VoLTE语音通信等优势，但是，却并未得到广泛的应用，再加上运营商固有的3G网络，使得相互之间，在一定程度上也存在着相互可替代性，这对其发展形成了一定的阻碍。由于产业未形成合力，也致使此前eMTC、Cat.0、Cat.1的产品相对较少，成本也难以快速下降，所以一直以来，eMTC、Cat.0、Cat.1都不温不火。

那么为何近期Cat.1突然就火了起来呢？

2019年10月，工业和信息化部新闻发言人、信息通信发展司司长闻库表示，我国移动通信的网络在2G/3G退网条件已经逐步成熟。显然，这也意味着国内的2G/3G网络的退网将进一步加速。

2020年3月10日，工信部发布了《关于深入推进移动物联网全面发展的通知（征求意见稿）》，明确了2/3G转网的相关要求。比如基本原则中就提到，“鼓励2G/3G用户尽快迁移转网”；建设目标中提到，“通过Cat.1配合满足中等速率物联网需求和语音需求”。这则意见稿发布，也成为了引爆Cat.1市场的一个导火索。

2G/3G退网已成大势所趋

在移动通信市场，随着通信技术的不断升级，运营商的资本支出和运营支出也在不断的攀升，同时可以利用的频谱也越来越紧张，特别是在一些频谱需要拍卖的国家和地区，频谱资源已经变得越来越昂贵和稀缺。2G或3G网络的逐步清频退网成为了全球运营商可选择的解决方案。

从全球范围来看，自2008年之后，日本、新西兰、泰国、厄瓜多尔等国的运营商就已经开始关闭2G网络。2017年时，全球运营商开始密集关闭2G网络：新加坡三大运营商M1、Singtel、StarHub；美国运营商AT&T；加拿大运营商Bell、Telus和Sask Tel、澳大利亚运营商Optus、Vodafone等都相继在2017 年关停了2G网络。

而进入2018年之后，更多的运营商宣布启动2G/3G清频和退网，中国、美国、泰国、墨西哥、巴西、沙特、科威特和俄罗斯等国家的主要运营商都相继宣布2G/3G 的退网时间点。2019年10月，越南信息通信部也披露了2022年初开始关闭该国2G网络的路线图，以增加4G/5G的频谱存量。

从国内来看，三大运营商几年前就已经开始了2G/3G网络清频和退网的工作。

中国联通在2016年报中就已提出，要加快推进2G/3G网络减频减容，重耕 900MHz频谱，有序部署4G。2018年4月13日，中国联通率先在官方微博上正式宣布：将有序推进2G网络减频工作。预计将在2019年底完成整个2G网络关闭的进程。

2017年，中国电信就开始对覆盖2G/3G的800M Hz频段进行了重耕，将800M Hz频段转为4G、物联网等使用。中国电信在大力推动VoLTE商用，也是在加速2G、3G用户的退网。

与其他两大运营商不同，中国移动是先逐步关闭3G TD-SCDMA网络，然后逐步关闭2G网络。早在2018年的年底，中国移动就表示了：未来的5G终端产品仅会支持NR/-LTE/LTEFDD/WCDMA/GSM的模式，而3G网络的TD-SCDMA则会被淘汰。根据中国移动发布的《5G终端产品指引》里的内容显示，在2020年之前中国移动将会把大部分地区的3G网络关闭，并提高5G网络的建设速度和基站的布局。至于2G网络，中国移动将会在2019年12月之前完成30%~40%省份的腾退工作，2020年5月之前完成全部的腾退工作。

总的来说，从全球范围来看，运营商对于2G、3G网络的清频和退网或者是重耕，将其应用于4G网络，非常有利于运营商的成本控制。而根据沃达丰的预测也显示，2025年全球大部分国家和地区的2G、3G网络都将退网。

但是，随着2G、3G网络的关闭，有大量的中低速率的网络应用需要切换到NB-IoT或者包括eMTC、Cat.0、Cat.1和Cat.4在内的LTE网络上来。

面向30%的物联网市场，Cat.1的时代来了？

不过，我们前面有提到，NB-IoT、eMTC主要都还是针对低速率的物联网市场，而对于中速率的网络应用需求来说，LTE Cat.1无疑是一个很好的选择。

在4月2日上午的移远通信LTE Cat 1在线研讨会上，天翼物联科技有限公司解决方案部专家陈建华也表示，Cat.1和NB-IoT会成为承接2G/3G转网业务的有效手段，NB-IoT承接低速需求，Cat.1承接中速需求和话音需求。

虽然Cat.4也能够承载一些中速率的场景的需求，但是其下行最高150Mbps、上行最高50Mbps的能力必然会带来很大的浪费，并且Cat.4的成本和功耗也更高。而对于绝大多数的中速率的物联网应用来说，下行最高10Mbps，上行最高5Mbps的Cat.1即可应对。另外，Cat.1不仅支持全频段，还拥有与Cat.4相近的覆盖能力，可以以更低的成本和功耗满足各种中速率的场景需求。

根据业内的预估，按照高中低网络速率划分，蜂窝物联网连接分布大致是：高速率10%、中速率30%、低速率60%。也就是说，Cat.1面向将是30%的物联网市场的需求，这无疑是一个巨大的市场机会。

移远通信公布的预测数据也显示，2018年-2023年全球蜂窝物联网市场需求将达到6倍的增长，其中LTE Cat.1的市场平均年增4000万（这里应该指的是终端数量）。

另一组数据也显示，截至2020年，物联网蜂窝模组应用领域将实现30亿连接，其中10亿连接都将是Cat.1和Cat.4覆盖的范围。

另外，在上个月底的紫光展锐公开课《展锐和Cat.1的那些事儿》上，紫光展锐智能物联副总裁鲜苗也表示，在2025年，全球物联网蜂窝连接数将突破50亿大关。随着2G、3G逐渐向4G的转网趋势，在未来3-5年，Cat.1或将是蜂窝物联网主要的通讯制式，这也意味着Cat.1面对的将是千万级甚至是亿级的市场。

“属于LTE Cat.1的时代来了！”天翼物联科技有限公司解决方案部专家陈建华在今天的移远通信LTE Cat 1在线研讨会上这样说到。

陈建华表示，Cat.1有着四大优势：

1、功耗小，终端侧的芯片复杂度降低（采用专用的Cat.1芯片，硬件架构更简单），能够有效降低功耗；（据移远通信透露，其Cat.1模组在空闲模式下，功耗比Cat.4降低了50%；工作模式下，功耗也比Cat.4降低了50%。）

2、覆盖广：Cat.1可以依托现有的4G网络，实现良好的网络覆盖（有4G信号的地方就可以覆盖Cat.1），能够有效规避2/3G退网带来的风险；

3、成本低：相比Cat.4的成本要低30%；

4、部署易：运营商无需升级网络或独立建网，只需在现有的4G LTE网络侧进行配置，即可接入Cat.1终端。

此外，Cat.1由于是依托现有的LTE网络，因此也就具有LTE网络固有的低延迟和良好的移动性，并且可支持语言通话。

芯片厂商、运营商、模组厂纷纷涌入

当下Cat.1市场的火爆并非偶然。早几年前，高通、Sequans、Altair等芯片厂商就已经推出了Cat.1芯片，此后国产芯片厂商紫光展锐、ASR（翱捷科技）也开始了相应的研发，并于去年推出了自己的Cat.1芯片。在芯片厂商推出Cat.1芯片的同时，模组厂商也纷纷推出了相应的模组产品。

早在2015年1月，通信芯片厂商Sequans就率先发布首款LTE Cat.1芯片——Calliope，主要面向超低成本和超低功耗的应用，包括穿戴式和物联网市场。2017年国外运营商T-Mobile还曾推出过配有Sequans LTE Cat 1模块服务的全新物联网数据计划。

2015年下半年，Altair也有推出低成本，低功耗的支持Cat.1的单模LTE芯片。2016年3月，中兴物联还与Altair合作，推出了Cat.1模块产品ME3610。

2015年下半年，高通也推出了其首款Cat.1芯片——MDM9207-1，整合 ARM Cortex-A7 处理器，以及 GPS、北斗、Glonass 以及 Galileo 定位系统。同时还整合了802.11ac Wi-Fi和蓝牙4.1 BLE。

2019年9月，翱捷科技就推出了Cat.1与GSM双模的芯片ASR3601/1601，适用于功能手机、对讲机、可穿戴等领域。移远通信、域格通信等模组厂商都有推出基于ASR芯片的Cat.1模组。去年年底，360公司推出的W906儿童手表就采用了ASR3601 CAT1多模芯片。

另据移远通信副总经理孙延明介绍，其Cat.1模组在空闲模式下，功耗比Cat.4降低了50%；工作模式下，功耗也比Cat.4降低了50%。在成本方面，目前Cat.1模组也已经控制到40元人民币左右。

2019年11月，紫光展锐也推出了旗下首款LTE Cat.1bis和GSM双模芯片——春藤8910DM。采用28nm成熟工艺，上行速率达5Mbps，下行速率达10Mbps，并拥有高集成度，同时集成了蓝牙通讯和Wi-Fi室内定位，支持VoLTE。可广泛应用于共享经济、金融支付、公网对讲、能源、工业控制等场景。

与此同时，三款搭载春藤8910DM的模组产品：中国移动ML302， 有方N58和广和通L610也正式推出。

除了芯片厂商和模组厂商之外，国内的运营商也在力推Cat.1。因为，与以往2G、NB-IoT、eMTC网络相比，Cat.1作为4G连接，传输速率更高，应用场景更广，OEM/ODM厂商可以联合运营商进行平台化运营，在销售产品的同时，提供数据服务，可大幅提升ARPU值。

早在2016年，中国电信就开始了Cat 1的商业布局，携手合作伙伴成功实现了多个物联网解决方案的落地。此外，中国电信还出了Cat1模组补贴计划。据中国电信物联网运营中心负责人就曾透露，中国电信2017年将会投入亿元补贴物联网模块，拉动产业链整体发展。其中，2亿元用于物联网重点模块产品直补，包括Cat.1单模产品补贴和 NB-IoT 产品补贴。Cat.1单模产品补贴额为40元/模块，NB-IoT 产品补贴额20元/模块；均设置在网时长、补贴率等门槛。随后在2017年7月，中国电信还公布了12款物联网入库模块，其中Cat.1模块和NB-IoT模块各占一半。

但是此后，Cat.1的发展并未如中国电信预期的那样，实现规模化的商用。究其原因，主要还是因为当时的Cat.1芯片及模组成本高昂。当时业界的Cat.1模组主要都是基于高通MDM9207-1芯片的，成本超过百元。

2016年6月，高通就曾对外宣布，其IoT物联网芯片已经获得了全球60多家OEM厂商的采纳，赢得了超过100项产品设计。这些产品大都是基于高通MDM9207-1芯片。这也不难看出，当时高通在Cat.1领域的强势。而在2019年以前，国内的模组厂商所推的Cat.1模组也基本都是基于高通芯片方案的。

2020年3月，移远通信就对外宣布，其所推出的EX2x和EG9x两大系列Cat 1模组，在全球市场出货量已超过500万片。移远通信在全球LTE Cat 1模组市场出货已经超过500万片规模。而这其中绝大部分也都是基于高通的芯片方案。据芯智讯了解，虽然，移远通信去年1月正式推出了基于ASR平台的Cat.1模组样品。但是，根据官方预计，今年5月，其基于ASR平台的Cat.1模组出货规模才会达到百K级。

而现在，随着紫光展锐、ASR等多家国产芯片厂商的Cat.1芯片的陆续推出，以及众多模组厂商的跟进，再加上2G/3G加速退网的刺激之下，Cat.1市场开始火爆，但是在Cat.1模组出货量真正爆发之前，其成本就已经也在快速降低。

据移远通信副总经理孙延明介绍，随着国产化和市场规模的增长，此前NB-IoT模组从最初的100多块，到现在已降至了十几块，Cat.1模组也在复制这一走势，目前国产Cat.1模组成本已经可以控制到了40以内。

随着Cat.1市场的火爆以及芯片及模组成本的降低，也使得中国电信一直在Cat.1上的大力投入迎来了收获。

据天翼物联科技有限公司解决方案部专家陈建华透露，目前中国电信NB-IoT基站已部署超过40万站，支持Cat.1的基站更是超过150万站，已实现连续覆盖。陈建华强调，中国电信在2016年就已经对800M做重耕，就是在为2G/3G退网做准备。目前电信4G覆盖率已达到96%以上，很多偏远地区都已覆盖。而电信的NB-IoT和cat.1都会部署在800M黄金频段。

另据芯智讯了解，目前中国电信针对Cat.1模组依然有着补贴政策。

相比之下，中国移动此前对Cat.1似乎并不感冒，其更多的物联网应用依然是依托于2G网络网络来实现。根据公开数据，截止2019年6月底，中国移动已有超过6.9亿物联网连接。这一规模的连接数中，绝大多数仍然是通过2G实现的。数据显示，2018年之时，中国移动2G物联网连接数仍以每月3000万的速度在增长。

显然，在2G/3G加速退网的趋势之下，中国移动的物联网用户的迁移急需提速。因此，我们也看到，在去年11月的中国移动全球合作伙伴大会上，中国移动旗下的中移物联网布了中国移动OneMO管理平台，以及两款LTE模组ML302（Cat.1）和ML303（Cat.4）。

此外，中国联通也在加码Cat.1。近日，在联通物联网有限责任公司Cat.1公网数字对讲PCBA采购项目(招标编号：YT09202000160ZB)对外招标项目中，国产模组厂商美格智能基于紫光展锐9810DM的Cat.1芯片的PCBA方案成功中标，该项目总采购量50万片，规模创下运营商对讲方案招标之最。

小结：

可以预见的是，随着2G/3G退网的加速，Cat.1无疑将成为承接中速率的物联网需求的首选。而在众多国产Cat.1芯片及模组厂商的努力下，以及运营商的助推之下，Cat.1的价格正变得越来越有吸引力，而随着后续出货量的持续放大，其成本或将降到与NB-IoT模组相近的水平，而这个时间点可能是在明年。不过，Cat.1并不会对NB-IoT形成替代，二者并不是竞争关系，而是互补关系。 但是Cat.1确实会对于eMTC形成挤压。

编辑：芯智讯-浪客剑

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