LTE Cat.1 通用方案

LTE Cat.1 构建于 LTE 通信网络，实现物与物通信、物与人通信。Cat.1 聚焦于广覆盖（LPWA）物联网（IoT）市场，是一种满足中等速率物联需求和话音需求的通信协议，是可在全球范围内广泛应用的新兴技术。

背景简介

Cat.1 全称 LTE UE-Category 1。Cat.1 是 4G 通信 LTE 网络下用户终端类别的一个标准。3GPP 组织制定 LTE 标准时，用 Cat.1～20 来衡量用户终端设备的无线性能，也就是划分终端速率等级。其中 Cat.1 上行峰值速率 5 Mbit/s，下行峰值速率 10 Mbit/s，定位于面向 IoT 应用市场的一个类别。

LTE Cat.1 特性

• 中等速率：LTE Cat.1设备下行速率达到10Mbps，上行速率达到5Mbps。
• 高移动性和低延迟：拥有跟LTE Cat.4相同的毫秒级传输时延，以及支持100KM/H以上的移动速度。所以适 可以实时性要求比较高的设备，如支付，共享设备，移动类设备等。
• 支持 VoLTE：能够满足语音通过功能。例如对讲机、玩具机器人等采用4G做语音交互的场景。
• 支持 BLE：支持 BLE 4.2，满足蓝牙的基本业务。包括蓝牙激活设备，通过蓝牙控制等功耗
• 支持 Wi-Fi 的室内定位
• 低成本：

  1. 网络建设方面，Cat.1 可以无缝接入现有LTE网络当中，无需针对基站进行软硬件升级，网络覆盖成本低；

  2. 相对于CAT4标准，Cat.1 单天线接收设计带来可观的成本优势
     低功耗。

     TCP 保持长连接情况下平均功耗 5mA，在驻网模式下，最低功耗 2.5mA。在飞行模式下最低功耗 1mA。

网络结构

Cat.1 IoT 网络组成包括 Cat.1 IoT 终端，LTE 基站、LTE 分组核心网、IoT 连接管理平台和业务支撑平台。

Cat.1 智能设备省电模式

在普通（Normal）模式下，Cat.1 智能设备的 CPU 运作在在全速模式。功耗在 30mA 左右。然而，Cat.1 智能设备省电模式有 2 种，分别为浅睡眠（Light sleep）模式和深度睡眠（Deep sleep）模式。

• Light sleep 模式：CPU 进入低功耗待机状态（low-power standby state）。硬件自动将时钟切换到 26M。此时功耗在 15mA左 右。

• Deep sleep 模式：系统采用 32K 时钟计数和 DCDCVORE 降压，功耗在 5mA 左右。该模式下，Cat.1 智能设备的外设都将断电。如串口、I2C、SPI 等。

Cat.1 智能设备工作模式

• 全功能模式

  设备开启 RF 功能，支持网络连接、拨打电话、收发短信业务、Wi-Fi 定位、蓝牙业务。

• 飞行模式

  设备关闭 RF 功能。网络功能、电话、短信、蓝牙、Wi-Fi 业务停止服务。模组成为一个普通的 SoC。

Cat.1-IoT 时延

• 首次入网时延：Cat.1 设备开机后，终端和网络有较多消息交互（认证，建立通道，分配IP地址等），花费时间较长，需要 3-8s 才完成网络接入（根据当地网络环境决定），才能获得 IP 地址，用于后期数据传输使用。

• 数据上报和接收时延：Cat.1 终端接入成功后，直接连接涂鸦 IoT，并且一直保持连接。

  |模组状态|DP灵敏度（毫秒）|
  |-|-|-|
  |DeepSleep|500 |
  |LightSleep|150 |
  |Normal|100 |

  说明：在 Deep sleep 状态情况下，如果收到网络控制，系统自动退出 Deep sleep 状态，进入 Nomal 模式下。

Cat.1 IoT 业务受理关键参数

• Cat.1 属于蜂窝设备，所有的网络功能和SIM 卡运营商的配置密不可分。因此，在购买 SIM 卡时请明确好自己所办理的 APN 业务，不同 APN 适用于不同的应用场景。

• 当前的 Cat.1 模组支持系统自动匹配APN,也支持外部写入APN参数。

如果您不清楚如何选择 APN 业务，请咨询您的涂鸦客户经理或技术支持。

涂鸦 MCU 通用对接方案

通过涂鸦 MCU 通用对接方案连接 Cat.1 智能设备时，涂鸦模组仅作为数据传输通道。

该对接方案常用于大小家电、安防传感、户外出行等类别的智能设备。

相对于市场上 Cat.1-IoT 模组普遍的 AT（Attention）指令开发方式，采用涂鸦的 Cat.1-IoT 通用对接串口协议方式，您可以实现低代码开放，进行简单维护，更轻易地实现新产品接入。

开发流程

在涂鸦开发者平台进行 Cat.1 智能设备的开发流程主要包含创建产品、硬件调试、软件开发和功能调试环节。本小节仅简单描述如何在涂鸦开发者平台进行产品开发。更详细的步骤，请参考 选品类创建产品。

第一步：创建产品

登录 涂鸦开发者平台。根据实际需求选择产品品类，联网方式选择 LTE-Cat.1。产品创建完成后，可以根据产品实际需求选择功能、面板、模组、固件，就可以下载到 MCU 开发包。

第二步：云模组选型

在平台创建产品选择模组时，平台会有一些常用模组型号的推荐。这里以 Cat.1-IoT 通用方案中使用最多的 LZ201-CN 模组举例。

选定模组型号后，可在线购买模组样品。硬件工程师可以进入画板阶段，硬件开发相关资料均可在文档中心查看：

注意：Cat.1-IoT 通用模组工作峰值电流会达到1A以上，电源设计时一定要留有余量。

第三步：绑定验证

收到云模组后，首先要确定模组是否工作正常。您可以使用模组调试助手与模组配合可以配网实操，在 MCU 模拟模式中验证模组的同时可以熟悉协议交互流程。

在 MCU 模拟模式中，涂鸦模组调试助手，助手会模拟 MCU 自动回复模组正确的协议数据。用 App 绑定模组后可测试 DP 数据的上报下发。

本小节简要介绍助手和模组配网实操的主要步骤，使用前需提前了解涂鸦模组调试助手的使用说明，详情请参考 涂鸦模组调试助手使用说明。

1. 根据最小系统原理图，搭建模组外围电路，供电稳定，天线合规信号强度良好，且已插上4G物联网卡。

2. 打开开发包中涂鸦模组调试助手，导入调试文件。协议选择 Cat.1 通用协议，MCU模拟模式。

3. 将模组串口通过 USB 转 TTL 工具接到电脑端，助手选择对应的串口及波特率，打开串口点击启动，将看到模组和上位机自动进行初始化流程协议交互。

   说明：Cat.1-IoT 模组上电就会不断发送产品信息查询指令，收到正确回复后进行后续初始化协议的交互。若上电无数据发出，请检查模组外围电路是否正确。

   

4. App 蓝牙绑定：

   1. 激活

      Cat.1-IoT 模组首次上电且完成初始化后，根据插入的SIM卡，注册到对应的运营商网络，模组在获取到产品信息和工作模式后，会进入待绑定状态。

   2. 使用

      只有完成过激活且未被其他账号绑定的模组，才能被App成功绑定。

      手机打开涂鸦智能app（手机需要打开蓝牙功能），APP会自动发现需要绑定的设备。如下图：

      

5. 扫码绑定：

   

   说明：Cat.1-IoT 二维码需要使用涂鸦的生产打印工具生成。详情请联系涂鸦客户经理或技术支持。

第四步：软件开发

在绑定验证环节可以看到模组与 MCU 有一系列的串口协议交互数据，要理解这些数据交互，请参考开发包中的协议文档。协议主要分为两部分：

• 基础协议：基础协议和产品无关，是模组共有协议，包括模组初始化指令及部分扩展功能指令。详情请参考 移植 MCU SDK 或自行对接协议。

• 功能协议：功能协议部分主要基于基础协议的上报下发命令字，对 DP 数据内容格式做了详细说明。

根据 MCU 的情况，有以下两种串口协议适配的方式

• 方式一：自行对接协议

  对于 MCU 资源有限或不适宜移植 MCU SDK 情况时，客户可以选择自行对接串口协议。

• 方式二：移植 MCU SDK

  若 MCU 资源足够，建议您直接移植 MCU SDK，开发高效便捷。开发包中 MCU SDK 是涂鸦提供的基于C语言的协议应用代码，可直接添加到 MCU 工程中。MCU SDK 对 MCU 硬件资源需求：Flash 4K字节，RAM 与 DP 点数据长度有关，一百字节左右。函数嵌套级数 9 级。

  详细步骤，请参考 MCU SDK移植。

第五步：协议验证

移植 MCU SDK 代码开发完成后，您可以使用涂鸦模组调试助手，在模组模拟模式中验证代码的正确性。

模组模拟模式下，调试助手将自动发送模组初始化交互流程，来验证 MCU 回复是否正确。对于错误数据给予相应提示。初始化交互通过后，可以手动点击其他拓展功能测试，功能验证完成可接实际模组配网联调。

注意：涂鸦模组调试助手模组模拟模式，没有联网功能，仅用来验证MCU串口协议收发正确性。

第六步：功能联调

在使用助手验证完毕代码后，MCU 可连接模组使用 App 配网，进入功能联调阶段。功能联调主要测试各 DP 上报下发是否正确。

在调试过程有一些常用工具链接如下：

• 日志查询：功能联调时，经常需要查看后台数据判断问题，运营中心可以满足您的需求。

• 技术工单：涂鸦提供在线化的支持服务，如有问题文档解决不了，可直接提问专业技术团队为您答疑。

固件 OTA 升级

有关设备的 OTA 升级详情，请参考 Wi-Fi 通用方案 OTA升级说明。