Labs 導讀

上一期在《一只“貓”的狹路獨行——Cat.1與窄帶通信》中，我們主要介紹了Cat.1的演進歷史和主要特點。

Part 01、  什么是窄帶通信  

隨著物聯網的迅速崛起，大量的物聯網設備正融入我們的日常生活。然而，不同類型的物聯網設備承載著不同速度的業務，對通信需求的差異性導致了多樣的通信技術的選擇。在智慧家庭、數字鄉村等應用場景中的設備，如貓眼門鈴、可視門鎖、智能攝像頭、智能臺燈等，需要進行高速音視頻通信業務，因此需要穩定的高帶寬網絡。而在實際使用中，這些設備常常面臨著信號質量不佳，網絡帶寬有限等問題。如何在缺少高帶寬網絡環境條件下進行音視頻通信業務，成為物聯網設備亟需解決的問題。

窄帶通信作為一種專注于穩定連接、低功耗和高覆蓋范圍的通信方式，逐漸引起了廣泛關注。它是一種利用有限的頻譜資源進行數據傳輸的技術，通過有限的傳輸帶寬，實現更高的覆蓋范圍和更好的穿透能力，適用于需要低功耗、長電池壽命和穩定連接的物聯網應用。

與寬帶通信不同，窄帶通信將傳輸帶寬限制在較窄的范圍內。這種限制雖然減少了數據傳輸速率，但卻帶來了許多優勢：

(1)傳輸穩定：窄帶通信能夠更好地穿透障礙物，使得信號在室內和隧道等復雜環境中也能保持穩定；

(2)功耗更低：窄帶通信消耗的能量更少，這對于依靠電池供電的物聯網設備而言至關重要；

(3)成本更低：窄帶通信可以在有限的帶寬中，使用較少的流量保證基本的通信，可以非常有效地節省長時間在線的物聯網設備的使用成本；

(4)網絡架構簡單：窄帶通信技術可以實現簡單的網絡架構，可以有效降低網絡維護成本。

Part 02、  窄帶通信與Cat.1  

Cat.1作為一種低功耗廣域網通信標準，旨在滿足物聯網設備對長距離通信和低功耗的需求。而窄帶通信作為一種專注于穩定連接、低功耗和高覆蓋范圍的通信方式，與Cat.1通信標準有著密切的關系，并在物聯網領域發揮著重要作用。

首先，窄帶通信與Cat.1共同關注低功耗和長電池壽命。窄帶通信通過使用窄帶信號和低功耗的調制方式，在傳輸數據時能夠最大限度地降低功耗，從而延長設備的電池壽命。這與Cat.1通信標準的目標相一致，都致力于為物聯網設備提供長時間的穩定連接。

其次，窄帶通信與Cat.1共同追求高覆蓋范圍和穩定連接。窄帶通信技術利用有限的傳輸帶寬，通過優化調制和傳輸方案，實現更高的覆蓋范圍和更好的穿透能力。Cat.1通信標準也注重實現廣域覆蓋，以滿足物聯網設備在不同地理環境中的通信需求。這使得Cat.1窄帶通信成為連接遙遠或信號弱的區域中設備的理想選擇，例如小區樓道中的門鈴門鎖、地下車庫中的智能攝像頭、農村地區的道路監控等設備。

這些內在的聯系和共同點使得窄帶通信與Cat.1通信標準可以相互結合，以進一步優化物聯網通信。窄帶通信技術可以作為Cat.1通信標準的一部分，為其提供更低功耗、更高覆蓋范圍和更穩定的連接。同時，Cat.1通信標準也可以為窄帶通信提供更多的資源和支持，以滿足更高速率、更復雜的應用需求。

Part 03  AIoTel下的Cat.1窄帶通信技術  

AIoTel由AI+IoT+Telephony構成，表達由智能設備、物聯網、多媒體通信等技術構建的新型多媒體交互體系，也稱作物聯多媒體。隨著這個體系的多元化發展，多媒體交互的應用也日益增多，產生了大量的音視頻數據的編碼、傳輸、存儲的需求，隨之帶來的就是設備的高功耗，數據傳輸的高帶寬成本、高存儲成本等問題。為了解決這些問題，中國移動智慧家庭運營中心（以下簡稱：中移智家）結合Cat.1和窄帶通信，深入研究音頻多幀同傳及非連續傳輸等碼率濃縮技術，可應用于和家智話、移動看家等業務場景，將窄帶音頻通信碼率壓降近30%。

• 非連續傳輸（Discontinuous Transmission，DTX）

DTX技術在語音通信領域被廣泛應用，并在窄帶通信中具有重要的價值。實際語音通信中，大約有40%的時間包含有效語音信息，而其他時間則為靜音或背景噪聲。將高碼率用于對這些無意義的噪聲進行編碼傳輸，不僅浪費了信道資源和硬件資源，還增加了數據傳輸量。因此，在窄帶通信中采用DTX技術，可以提供顯著的優勢。

DTX技術可以在有語音信號時進行正常編碼，而在沒有語音信號時通過低速率編碼或者降低發送頻率的方式實現非編碼傳輸。這樣做既能減少CPU的占用和功耗，又能降低需要傳輸的數據量，從而節省帶寬資源。將DTX技術應用于Cat.1連接，在物聯網設備通信中可有效降低能耗，并提高通信效率。例如在家庭安防場景中，大部分時間是無人安靜狀態，此時使用DTX技術即可極大的降低安防設備的功耗，節省帶寬資源。

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• 多幀同傳（Multi-Frame Packet，MFP）

多幀同傳（Multi-Frame Packet，MFP）指代將多個數據幀合并成一個數據包進行傳輸。在窄帶通信中，由于音視頻流的傳輸需要一定的數據包頭部信息，導致數據包頭部的開銷比實際需要傳輸的音視頻數據量要大很多。然而，通過采用MFP技術，可以有效減少數據包頭部的開銷，進而更有效地利用窄帶通信的帶寬資源。這種技術在Cat.1通信中有助于進一步優化數據傳輸，提高網絡性能。

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通過將Cat.1與窄帶音視頻傳輸技術相結合，可以實現物聯網設備穩定連接的需求，并實現高效的數據傳輸。在低功耗和窄帶寬的環境下，這種融合技術能夠有效地實現物聯網設備的音視頻數據傳輸，為物聯網應用提供更強大的支持。

Part 04、 總結與展望  

在本文中，我們進一步探討了窄帶通信與Cat.1通信的關系以及Cat.1窄帶通信的技術手段。Cat.1窄帶通信實現了低功耗、長電池壽命和穩定連接的目標。這為AIoTel下的音視頻業務提供了可靠的通信解決方案。中移智家將充分利用中國移動廣泛覆蓋的移動4G網絡，進一步加強對Cat.1窄帶通信在物聯網IoT生態領域的應用和推廣，實現更廣泛的連接、更高效的數據傳輸和更智能的應用，為用戶帶來更便捷、更智能的生活體驗。