Labs 導(dǎo)讀

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

Part 01、  什么是窄帶通信  

隨著物聯(lián)網(wǎng)的迅速崛起，大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備正融入我們的日常生活。然而，不同類型的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備承載著不同速度的業(yè)務(wù)，對(duì)通信需求的差異性導(dǎo)致了多樣的通信技術(shù)的選擇。在智慧家庭、數(shù)字鄉(xiāng)村等應(yīng)用場(chǎng)景中的設(shè)備，如貓眼門鈴、可視門鎖、智能攝像頭、智能臺(tái)燈等，需要進(jìn)行高速音視頻通信業(yè)務(wù)，因此需要穩(wěn)定的高帶寬網(wǎng)絡(luò)。而在實(shí)際使用中，這些設(shè)備常常面臨著信號(hào)質(zhì)量不佳，網(wǎng)絡(luò)帶寬有限等問題。如何在缺少高帶寬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境條件下進(jìn)行音視頻通信業(yè)務(wù)，成為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備亟需解決的問題。

窄帶通信作為一種專注于穩(wěn)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(guān)注。它是一種利用有限的頻譜資源進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，通過有限的傳輸帶寬，實(shí)現(xiàn)更高的覆蓋范圍和更好的穿透能力，適用于需要低功耗、長(zhǎng)電池壽命和穩(wěn)定連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(nèi)。這種限制雖然減少了數(shù)據(jù)傳輸速率，但卻帶來了許多優(yōu)勢(shì)：

(1)傳輸穩(wěn)定：窄帶通信能夠更好地穿透障礙物，使得信號(hào)在室內(nèi)和隧道等復(fù)雜環(huán)境中也能保持穩(wěn)定；

(2)功耗更低：窄帶通信消耗的能量更少，這對(duì)于依靠電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備而言至關(guān)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(jié)省長(zhǎng)時(shí)間在線的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的使用成本；

(4)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡(jiǎn)單：窄帶通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可以有效降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本。

Part 02、  窄帶通信與Cat.1  

Cat.1作為一種低功耗廣域網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)，旨在滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)長(zhǎng)距離通信和低功耗的需求。而窄帶通信作為一種專注于穩(wěn)定連接、低功耗和高覆蓋范圍的通信方式，與Cat.1通信標(biāo)準(zhǔn)有著密切的關(guān)系，并在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

首先，窄帶通信與Cat.1共同關(guān)注低功耗和長(zhǎng)電池壽命。窄帶通信通過使用窄帶信號(hào)和低功耗的調(diào)制方式，在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)能夠最大限度地降低功耗，從而延長(zhǎng)設(shè)備的電池壽命。這與Cat.1通信標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)相一致，都致力于為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定連接。

其次，窄帶通信與Cat.1共同追求高覆蓋范圍和穩(wěn)定連接。窄帶通信技術(shù)利用有限的傳輸帶寬，通過優(yōu)化調(diào)制和傳輸方案，實(shí)現(xiàn)更高的覆蓋范圍和更好的穿透能力。Cat.1通信標(biāo)準(zhǔn)也注重實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋，以滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在不同地理環(huán)境中的通信需求。這使得Cat.1窄帶通信成為連接遙遠(yuǎn)或信號(hào)弱的區(qū)域中設(shè)備的理想選擇，例如小區(qū)樓道中的門鈴門鎖、地下車庫中的智能攝像頭、農(nóng)村地區(qū)的道路監(jiān)控等設(shè)備。

這些內(nèi)在的聯(lián)系和共同點(diǎn)使得窄帶通信與Cat.1通信標(biāo)準(zhǔn)可以相互結(jié)合，以進(jìn)一步優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)通信。窄帶通信技術(shù)可以作為Cat.1通信標(biāo)準(zhǔn)的一部分，為其提供更低功耗、更高覆蓋范圍和更穩(wěn)定的連接。同時(shí)，Cat.1通信標(biāo)準(zhǔn)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(fù)雜的應(yīng)用需求。

Part 03  AIoTel下的Cat.1窄帶通信技術(shù)  

AIoTel由AI+IoT+Telephony構(gòu)成，表達(dá)由智能設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、多媒體通信等技術(shù)構(gòu)建的新型多媒體交互體系，也稱作物聯(lián)多媒體。隨著這個(gè)體系的多元化發(fā)展，多媒體交互的應(yīng)用也日益增多，產(chǎn)生了大量的音視頻數(shù)據(jù)的編碼、傳輸、存儲(chǔ)的需求，隨之帶來的就是設(shè)備的高功耗，數(shù)據(jù)傳輸?shù)母邘挸杀?、高存?chǔ)成本等問題。為了解決這些問題，中國移動(dòng)智慧家庭運(yùn)營中心（以下簡(jiǎn)稱：中移智家）結(jié)合Cat.1和窄帶通信，深入研究音頻多幀同傳及非連續(xù)傳輸?shù)却a率濃縮技術(shù)，可應(yīng)用于和家智話、移動(dòng)看家等業(yè)務(wù)場(chǎng)景，將窄帶音頻通信碼率壓降近30%。

• 非連續(xù)傳輸（Discontinuous Transmission，DTX）

DTX技術(shù)在語音通信領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，并在窄帶通信中具有重要的價(jià)值。實(shí)際語音通信中，大約有40%的時(shí)間包含有效語音信息，而其他時(shí)間則為靜音或背景噪聲。將高碼率用于對(duì)這些無意義的噪聲進(jìn)行編碼傳輸，不僅浪費(fèi)了信道資源和硬件資源，還增加了數(shù)據(jù)傳輸量。因此，在窄帶通信中采用DTX技術(shù)，可以提供顯著的優(yōu)勢(shì)。

DTX技術(shù)可以在有語音信號(hào)時(shí)進(jìn)行正常編碼，而在沒有語音信號(hào)時(shí)通過低速率編碼或者降低發(fā)送頻率的方式實(shí)現(xiàn)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?shù)臄?shù)據(jù)量，從而節(jié)省帶寬資源。將DTX技術(shù)應(yīng)用于Cat.1連接，在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)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(chǎng)景中，大部分時(shí)間是無人安靜狀態(tài)，此時(shí)使用DTX技術(shù)即可極大的降低安防設(shè)備的功耗，節(jié)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(gè)數(shù)據(jù)幀合并成一個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸。在窄帶通信中，由于音視頻流的傳輸需要一定的數(shù)據(jù)包頭部信息，導(dǎo)致數(shù)據(jù)包頭部的開銷比實(shí)際需要傳輸?shù)囊粢曨l數(shù)據(jù)量要大很多。然而，通過采用MFP技術(shù)，可以有效減少數(shù)據(jù)包頭部的開銷，進(jìn)而更有效地利用窄帶通信的帶寬資源。這種技術(shù)在Cat.1通信中有助于進(jìn)一步優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸，提高網(wǎng)絡(luò)性能。

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通過將Cat.1與窄帶音視頻傳輸技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備穩(wěn)定連接的需求，并實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸。在低功耗和窄帶寬的環(huán)境下，這種融合技術(shù)能夠有效地實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的音視頻數(shù)據(jù)傳輸，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供更強(qiáng)大的支持。

Part 04、 總結(jié)與展望  

在本文中，我們進(jìn)一步探討了窄帶通信與Cat.1通信的關(guān)系以及Cat.1窄帶通信的技術(shù)手段。Cat.1窄帶通信實(shí)現(xiàn)了低功耗、長(zhǎng)電池壽命和穩(wěn)定連接的目標(biāo)。這為AIoTel下的音視頻業(yè)務(wù)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(dòng)廣泛覆蓋的移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)Cat.1窄帶通信在物聯(lián)網(wǎng)IoT生態(tài)領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣，實(shí)現(xiàn)更廣泛的連接、更高效的數(shù)據(jù)傳輸和更智能的應(yīng)用，為用戶帶來更便捷、更智能的生活體驗(yàn)。