Technology

|

02 May 2022

LTE Cat 4

在LTE Advanced(LTE-A)诞生之前,LTE Cat 4 是最高级、最出色的 LTE 技术。

LTE Cat 4 提供数百到数千 Mbps 的高速率数据传输,适用于紧凑精巧的设计,减少设计工作量并降低总体拥有成本。

LTE Cat 4 只比 LTE Cat 1 多了一根 TX 天线,但数据传输速率却提高到 10 倍左右

  • 全球覆盖,
  • 切换能力,
  • 4G+ 高清语音 (VoLTE)
  • 低延迟

针对需要高吞吐量、全球可移植性、经济高效解决方案的物联网应用而言,这些优势使 LTE Cat 4 成为一种完美的解决方案。

什么是 LTE Cat 4?

在“LTE增强系统 (LTE-A)”类别下,LTE Cat 4 是更常用、更简单的高速 LTE 技术。   

Infographic presenting the evolution of high speed celular

为什么说 LTE Cat 4 更简单? 与 LTE 增强系统类别下的其他更高类别的 LTE 技术相比,LTE Cat 4 可提供高数据传输速率,同时硬件实施相对简单。

一方面,LTE-A 解决方案需要利用复杂的 MIMO(多输入多输出)天线阵列来实现高数据传输速率,而 MIMO 系统又需要大量设计工作和无线电专业知识,同时需要为多个天线阵列分配更大的板区域——这些都会带来额外成本。

而另一方面,LTE Cat 4 不需要采用复杂的 4x4 或 8x8 MIMO 天线阵列,只需要比 LTE Cat1 多设计一根 TX 天线即可实现高速率数据传输。

LTE Cat 4 的上行和下行数据传输速率分别高达 50Mbps 和 150Mbps,适合高质量视频监控、路由器以及 POS 系统终端。 为了提供这些性能,LTE Cat 4 采用最简单的 MIMO 配置:2x2 MIMO(2 根 TX 天线和 2 根 RX 天线)。

Infographic showing the differences between LTE Cat 4 and LTE Cat 1

该解决方案可提供高数据传输速率,并且与其他 MIMO 解决方案相比,集成工作相对更简单。

下表列出了一些 LTE 类别数据,清楚表明 LTE Cat 4 在数据速率与成本(模块成本和实施成本)之间实现了最佳平衡,适合需要更高数据传输速率和全球可移植性的物联网应用。

从表中可以明显看出 LTE Cat 1 与 LTE Cat4 在数据传输速率方面的显著差异(10 倍以上),且 LTE Cat4 设计只需添加一根天线即可;LTE Cat 1 支持单纯分集接收模式,而 LTE Cat4 则转变为 2x2 MIMO 模式。

LTE
类别
最大下行链路速度
(Mbit/s)
最大上行链路速度
(Mbit/s)
MIMO
1105无,仅分集接收
4150502x2
6300502x2 或 4x4
9450502 或 4
126001002 或 4

LTE Cat 4 如何实现最佳平衡?

在大多数(但并非全部)物联网用例中,出站吞吐量比入站吞吐量更为重要,也就是说,从统计意义上而言,物联网应用中的上行链路能力比下行链路能力更重要。 相比之下,在消费者市场用例中,互联网冲浪对下行链路能力的要求高于上行链路能力。

在上表中,我们可以清楚看到,LTE Cat 1 与 LTE Cat 4 天线板设计的差异在于一根 TX 天线。而恰好是这个简单的板设计差异,将数据传输速率提高了 10 倍,上行速率从 5Mbps(Cat 1)提高到 50Mbps(LTE Cat 4)。

而观察一下更高级的 LTE-A 类别,我们注意到增加更多天线后,上行速率并未能提高 10 倍,例如从 Cat 4 到 Cat 6、8、12 等。

一些更高级 LTE 类别的上行链路能力提高到 1.5 倍或 2 倍或以上,但模块成本和实施成本也随之增加。

实际上,考虑到模块获取成本以及 LTE-A 的复杂 RF 设计(例如 4x4 MIMO 或 8x8 MIMO 解决方案),LTE Cat 4 与 Cat LTE-A 解决方案之间的成本差异并不能忽略不计。

因此,我们可以说,LTE Cat4 真正实现了性能、覆盖范围和成本(模块和实施)之间的最佳平衡,也是一些垂直物联网市场中最理想的解决方案。

最后,随着全球许多移动网络运营商 (MNO) 的出现,2G 和 3G 网络开始日薄西山,许多旧式物联网应用需要迁移到新的全球覆盖、长期可用的蜂窝技术。 这些旧式物联网应用仍然基于“旧”蜂窝技术的主要原因显而易见:2G 和 3G 在过去几年尚能提供全球可移植性。

目前形势发生了变化,最近各运营商已宣布即将陆续关闭 3G 和 2G 网络的计划,未来几年 4G LTE 将是唯一具有全球覆盖的蜂窝技术。

当然,一些地方已经发布并部署了最新的 5G 技术,但在未来 5-10 年内还不能保证完全覆盖,特别是在室外环境中。

数据传输速率低但需要全球可移植性的旧式物联网应用(由于区域部署原因,不针对 LTE-M 或 NB-IoT)大多会迁移到 LTE Cat 1(一些区域会迁移到 Cat 1 bis)。

对于 Cat 1 无法满足要求的高数据传输速率旧式物联网应用,迁移到 LTE Cat 4 将是最便捷的解决方案。

实际上,LTE Cat 4 可提供高数据传输速率、全球可移植性以及相对简单的集成能力,因此能够以较低成本设计紧凑型解决方案。

主要应用:

Group of people using hotspot

Routers, Gateway, Hotspots

LTE Cat 4 represents the main choice for cost sensitive solutions. The high throughput, the global LTE Cat 4 support, limited integration effort and the possibility to design very compact solutions will make LTE Cat4 the perfect fit for low-end solutions

Customer is paying by QR code

Point-of-Sale

Digital payment systems are widely used worldwide, and the trend is that they are going to replace cash as standard payment method.

For simple point-of-sale terminals, LTE Cat 1 often provides sufficient functionality. However, high-end terminals, often Linux or Android based, require more bandwidth

Security camera in the hotel lobby

Video Surveillance and Panel alarms

Video surveillance systems are extensively deployed worldwide. High quality video streaming is required by modern video surveillance systems and high-end Alarm Panels. LTE Cat4 is the perfect fit for these applications providing high throughput at a reasonable cost and design effort. The limited size of the LTE Cat 4 solution allows designing of small solutions. 

Nurse explaining health monitoring system to the older woman

eHealth

as population is getting older, eHealth care systems is an expanding market segment. The solution range goes from patients that need continuous monitoring to remote diagnosis and telemedicine. Transferring high-resolution images beside the medical data coming from main unit or ancillary devices / sensors is the perfect match for LTE Cat 4.

Line of trucks parked on the parking lot

Aftermarket Telematics

This vertical market includes the most diverse applications. The requirements are mobility, network coverage and throughput. These kinds of applications are mobile, they can transition across different countries and MNOs. Classic examples are rental car monitoring, Fleet management and similar. Often they need also to download maps or anyway other heavy files. Several applications like OBD dongles, UBI (usage Based Insurance) or SVR (Stolen Vehicle Recovery) include in the requirement the capability to fit in very small housings.

Global coverage requirement can benefit from LTE Cat 4 bandwidth paired with affordable implementation effort and footprint. The high throughput capability both in uplink and downlink makes this device a good solution for compact applications 2-way communication requiring high data rates both in uplink and downlink.