Labs 导读
上一期在《一只“猫”的狭路独行——Cat.1与窄带通信》中，我们主要介绍了Cat.1的演进历史和主要特点。
Part 01、 什么是窄带通信
随着物联网的迅速崛起，大量的物联网设备正融入我们的日常生活。然而，不同类型的物联网设备承载着不同速度的业务，对通信需求的差异性导致了多样的通信技术的选择。在智慧家庭、数字乡村等应用场景中的设备，如猫眼门铃、可视门锁、智能摄像头、智能台灯等，需要进行高速音视频通信业务，因此需要稳定的高带宽网络。而在实际使用中，这些设备常常面临着信号质量不佳，网络带宽有限等问题。如何在缺少高带宽网络环境条件下进行音视频通信业务，成为物联网设备亟需解决的问题。
窄带通信作为一种专注于稳定连接、低功耗和高覆盖范围的通信方式，逐渐引起了广泛关注。它是一种利用有限的频谱资源进行数据传输的技术，通过有限的传输带宽，实现更高的覆盖范围和更好的穿透能力，适用于需要低功耗、长电池寿命和稳定连接的物联网应用。
与宽带通信不同，窄带通信将传输带宽限制在较窄的范围内。这种限制虽然减少了数据传输速率，但却带来了许多优势：
(1)传输稳定：窄带通信能够更好地穿透障碍物，使得信号在室内和隧道等复杂环境中也能保持稳定；
(2)功耗更低：窄带通信消耗的能量更少，这对于依靠电池供电的物联网设备而言至关重要；
(3)成本更低：窄带通信可以在有限的带宽中，使用较少的流量保证基本的通信，可以非常有效地节省长时间在线的物联网设备的使用成本；
(4)网络架构简单：窄带通信技术可以实现简单的网络架构，可以有效降低网络维护成本。
Part 02、 窄带通信与Cat.1
Cat.1作为一种低功耗广域网通信标准，旨在满足物联网设备对长距离通信和低功耗的需求。而窄带通信作为一种专注于稳定连接、低功耗和高覆盖范围的通信方式，与Cat.1通信标准有着密切的关系，并在物联网领域发挥着重要作用。
首先，窄带通信与Cat.1共同关注低功耗和长电池寿命。窄带通信通过使用窄带信号和低功耗的调制方式，在传输数据时能够最大限度地降低功耗，从而延长设备的电池寿命。这与Cat.1通信标准的目标相一致，都致力于为物联网设备提供长时间的稳定连接。
其次，窄带通信与Cat.1共同追求高覆盖范围和稳定连接。窄带通信技术利用有限的传输带宽，通过优化调制和传输方案，实现更高的覆盖范围和更好的穿透能力。Cat.1通信标准也注重实现广域覆盖，以满足物联网设备在不同地理环境中的通信需求。这使得Cat.1窄带通信成为连接遥远或信号弱的区域中设备的理想选择，例如小区楼道中的门铃门锁、地下车库中的智能摄像头、农村地区的道路监控等设备。
这些内在的联系和共同点使得窄带通信与Cat.1通信标准可以相互结合，以进一步优化物联网通信。窄带通信技术可以作为Cat.1通信标准的一部分，为其提供更低功耗、更高覆盖范围和更稳定的连接。同时，Cat.1通信标准也可以为窄带通信提供更多的资源和支持，以满足更高速率、更复杂的应用需求。
Part 03 AIoTel下的Cat.1窄带通信技术
AIoTel由AI+IoT+Telephony构成，表达由智能设备、物联网、多媒体通信等技术构建的新型多媒体交互体系，也称作物联多媒体。随着这个体系的多元化发展，多媒体交互的应用也日益增多，产生了大量的音视频数据的编码、传输、存储的需求，随之带来的就是设备的高功耗，数据传输的高带宽成本、高存储成本等问题。为了解决这些问题，中国移动智慧家庭运营中心（以下简称：中移智家）结合Cat.1和窄带通信，深入研究音频多帧同传及非连续传输等码率浓缩技术，可应用于和家智话、移动看家等业务场景，将窄带音频通信码率压降近30%。
- 非连续传输（Discontinuous Transmission，DTX）
DTX技术在语音通信领域被广泛应用，并在窄带通信中具有重要的价值。实际语音通信中，大约有40%的时间包含有效语音信息，而其他时间则为静音或背景噪声。将高码率用于对这些无意义的噪声进行编码传输，不仅浪费了信道资源和硬件资源，还增加了数据传输量。因此，在窄带通信中采用DTX技术，可以提供显著的优势。
DTX技术可以在有语音信号时进行正常编码，而在没有语音信号时通过低速率编码或者降低发送频率的方式实现非编码传输。这样做既能减少CPU的占用和功耗，又能降低需要传输的数据量，从而节省带宽资源。将DTX技术应用于Cat.1连接，在物联网设备通信中可有效降低能耗，并提高通信效率。例如在家庭安防场景中，大部分时间是无人安静状态，此时使用DTX技术即可极大的降低安防设备的功耗，节省带宽资源。
图片
- 多帧同传（Multi-Frame Packet，MFP）
多帧同传（Multi-Frame Packet，MFP）指代将多个数据帧合并成一个数据包进行传输。在窄带通信中，由于音视频流的传输需要一定的数据包头部信息，导致数据包头部的开销比实际需要传输的音视频数据量要大很多。然而，通过采用MFP技术，可以有效减少数据包头部的开销，进而更有效地利用窄带通信的带宽资源。这种技术在Cat.1通信中有助于进一步优化数据传输，提高网络性能。
图片
通过将Cat.1与窄带音视频传输技术相结合，可以实现物联网设备稳定连接的需求，并实现高效的数据传输。在低功耗和窄带宽的环境下，这种融合技术能够有效地实现物联网设备的音视频数据传输，为物联网应用提供更强大的支持。
Part 04、 总结与展望
在本文中，我们进一步探讨了窄带通信与Cat.1通信的关系以及Cat.1窄带通信的技术手段。Cat.1窄带通信实现了低功耗、长电池寿命和稳定连接的目标。这为AIoTel下的音视频业务提供了可靠的通信解决方案。中移智家将充分利用中国移动广泛覆盖的移动4G网络，进一步加强对Cat.1窄带通信在物联网IoT生态领域的应用和推广，实现更广泛的连接、更高效的数据传输和更智能的应用，为用户带来更便捷、更智能的生活体验。
