Technology

|

02 May 2022

LTE Cat 4

LTE Cat 4 是 LTE Advanced(LTE-A)之前最高、最强大的 LTE 类别。

LTE Cat 4 的数据传输速率从几十兆比特/秒到几百兆比特/秒不等,设计难度降低,总体拥有成本低廉,结构非常紧凑。

与 LTE Cat 1 相比,LTE Cat 4 只需增加一个发射天线,就能将数据传输速率提高约 10 倍,还能提供

  • 全球覆盖、
  • 切换能力、
  • LTE 语音(VoLTE)
  • 低延迟

使其成为物联网应用的完美解决方案,可满足更高的吞吐量、全球便携性和经济实惠的解决方案实施要求。

什么是 LTE Cat 4?

LTE Cat 4 是 "LTE Advanced "分类之前最常见、最简单的高速 LTE 类别。

Infographic presenting the evolution of high speed celular

为什么简单?与归入 LTE-Advanced 领域的更高 LTE 类别相比,LTE Cat 4 只需相对简单的硬件实施工作即可提供高数据传输速率。

一方面,LTE-A 解决方案需要复杂的 MIMO(多输入多输出)天线阵列来提供最高的数据传输速率,而复杂的 MIMO 系统需要大量的设计工作、深厚的射频专业知识、为多天线阵列分配更大的电路板面积以及所有相关的额外成本。

另一方面,LTE Cat 4 不需要复杂的 4x4 或 8x8 MIMO 天线阵列,与 LTE Cat1 设计相比,只需增加一个发射天线就能提供很高的数据传输率。

LTE Cat 4 上行链路数据传输速率高达 50Mbps,下行链路数据传输速率高达 150Mbps,适用于高质量视频监控、路由器和销售点终端等应用。为了实现这一性能,LTE Cat 4 采用了最简单的 MIMO 配置:2x2 MIMO(2 个发送天线和 2 个接收天线)。

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

与其他多输入多输出(MIMO)解决方案相比,这种解决方案集成相对简单,但数据传输率却很高。

下表报告了一些 LTE 类别的数据,毫无疑问,LTE Cat 4 代表了数据速率与成本(模块成本和实施成本)之间的最佳平衡,适用于需要更高的数据速率和全球便携性的物联网应用。

LTE Cat 1 和 LTE Cat 4 在数据传输速率能力上的惊人差距(10 倍以上)是显而易见的,在设计上只需增加一个天线;从 LTE Cat 1 支持的纯 RX 分集到 LTE Cat 4 要求的 2x2 MIMO。

LTE
类别
最大 DL
(兆比特/秒)
最大 UL
(兆比特/秒)
多输入多输出
1105否,仅 RX 分集
4150502x2
6300502x2 或 4x4
9450502 或 4
126001002 或 4

为什么 LTE Cat 4 是最佳平衡?

在大多数(但不是全部)物联网用例中,输出吞吐量比输入吞吐量重要得多,因此我们可以说,从统计数据来看,物联网应用的上行链路能力比下行链路能力更重要。而消费市场用例恰恰相反,上网冲浪对下行链路能力的要求高于上行链路能力。

从上表中,我们不难看出,LTE Cat 1 和 LTE Cat 4 板卡设计的区别仅在于一个发射天线,但板卡设计上的这一简单区别却使 LTE Cat 4 解决方案的数据传输速率提高了 10 倍,上行链路数据传输速率从 5Mbps(Cat 1 提供)提高到 50Mbps。

现在,在更高的 LTE-A 类别中,我们看不到上行链路中的这种 10 倍系数,因为设计需要更多的天线,即从 Cat 4 到 Cat 6、8、12 以及更多。

对于更高的 LTE 类别,上行链路能力有时会增加 1.5 倍、2 倍或更多,但模块成本和实施成本也会增加。

事实上,LTE Cat 4 与更高 Cat 的 LTE-A 解决方案之间的成本差异不容忽视,不仅要考虑模块的购置成本,还要考虑 LTE-A 更复杂的射频设计,如 4x4 MIMO 或 8x8 MIMO 解决方案。

因此,我们可以说 LTE Cat4 是性能、覆盖范围和成本(模块和实施)之间真正的最佳平衡点,是多个垂直物联网市场的完美解决方案。

最后,随着全球许多移动网络运营商宣布 2G 和 3G 网络的日落,许多传统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。这些传统物联网应用仍基于 "老式 "蜂窝技术的主要原因显而易见:2G 和 3G 在过去几年中提供的全球可移植性。

如今,情况正在发生变化,随着最近宣布的先关闭 3G、后关闭 2G 的计划,4G LTE 将成为未来几年唯一覆盖全球的蜂窝技术。

诚然,最新的 5G 技术已经发布并部署在某些地方,但它无法保证在未来 5-10 年内实现全面覆盖,尤其是在室外。

大多数传统物联网应用,即那些数据传输率低但需要全球便携性的应用(由于其区域性部署,因此不针对 LTE-M 或 NB-IoT),将迁移到 LTE Cat 1(某些地区为 Cat 1 之二)。

Cat 1 无法满足高数据速率的传统物联网应用将迁移到 LTE Cat 4,这对它们来说是最方便的解决方案。

事实上,LTE Cat 4 提供了高数据传输速率、全球便携性和相对较低的集成复杂性,可设计出体积小巧、成本低廉的解决方案。

主要应用包括

Group of people using smarphones

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.