我們經(jīng)常會(huì)在各種場(chǎng)合上聽(tīng)到“萬(wàn)物互聯(lián)”的美好愿景，未來(lái)由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的數(shù)字世界將占據(jù)我們生活的很大一部分，物聯(lián)網(wǎng)也將是萬(wàn)億級(jí)別的龐大市場(chǎng)。據(jù)全球知名研究機(jī)構(gòu)Gartner預(yù)計(jì)，到2020年，全球物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量將達(dá)到260億臺(tái)，銷(xiāo)售收入將超過(guò)3000億美元，帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)總量將超過(guò)1.9萬(wàn)億美元。UwGesmc

作為人口大國(guó)的中國(guó)，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的發(fā)展也將有極大的空間。賽迪智庫(kù)報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)2萬(wàn)億元人民幣。UwGesmc

值得注意的是，作為低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）技術(shù)的一種，NB-IoT占據(jù)了物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)非常大的應(yīng)用比例。業(yè)界人士認(rèn)為，未來(lái)在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中，NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）的比例將達(dá)到70%。這也反映了，低功耗、NB-IoT將與我們的生活密不可分。UwGesmc

一、低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)的組成

物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過(guò)了幾十年的緩慢發(fā)展，在21世紀(jì)的第2個(gè)10年里出現(xiàn)井噴發(fā)展的態(tài)勢(shì)。依據(jù)不同的性能特征，物聯(lián)網(wǎng)往下細(xì)分為多種技術(shù)。從傳輸距離來(lái)劃分，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以分為短距離無(wú)線通信技術(shù)和低功耗廣域網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)（LPWAN）。其中，短距離無(wú)線通信技術(shù)又可分為Zigbee、Wi-Fi、Bluetooth、Z-wave等，主要在智能家居、智能建筑等領(lǐng)域有較好的應(yīng)用。UwGesmc

而低功耗廣域網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)按照授權(quán)與否來(lái)劃分，包括工作于未授權(quán)頻譜的LoRa、SigFox、RPMA等技術(shù)，以及工作于授權(quán)頻譜下的NB-IoT、eMTC和EC-GSM-IoT。授權(quán)頻段下的低功耗廣域網(wǎng)最大的特點(diǎn)是可以通過(guò)現(xiàn)有的網(wǎng)址進(jìn)行大規(guī)模的覆蓋。UwGesmc

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圖1 低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)組成部分UwGesmc

未授權(quán)頻譜

·LoRa

LoRa是低功耗局域網(wǎng)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，其模塊成本極低，具備功耗低，易于建設(shè)和部署，免牌照頻段節(jié)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)。相比NB-IoT，LoRa覆蓋面更廣且成本相對(duì)更低，支持靈活組網(wǎng)。但是隨著設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)部署的增多，有頻譜干擾情況的出現(xiàn)。又因?yàn)榧夹g(shù)過(guò)于集中不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展，同時(shí)，布局LoRa還需要自建基礎(chǔ)設(shè)施。UwGesmc

不過(guò)，目前該技術(shù)主要集中在Semtech公司手中，除自產(chǎn)LoRa芯片之外，該公司也授權(quán)其IP給其它企業(yè)。據(jù)了解，目前華普微電子、群登科技、ST、翱捷科技(ASR)、國(guó)民技術(shù)股份、騰訊等公司獲得了Semetch LoRa IP授權(quán)。其中，意法半導(dǎo)體的STM32搭配Semtech LoRa模塊，推出了低功耗且廣域傳輸?shù)慕鉀Q方案。UwGesmc

·SigFox

SigFox采用免費(fèi)專(zhuān)利授權(quán)策略，其他同行無(wú)需授權(quán)就能生產(chǎn)SigFox芯片。早在2017年，就已經(jīng)有超過(guò)71家設(shè)備制造商、49個(gè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)供應(yīng)商、8家芯片廠家、15家模塊廠家、30家軟件和設(shè)計(jì)服務(wù)商加入該生態(tài)系統(tǒng)。UwGesmc

SigFox的傳輸距離非常遠(yuǎn)，可達(dá)50km、功耗極低。SigFox方案已經(jīng)在全球24個(gè)國(guó)家進(jìn)行了部署，其網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)設(shè)備超過(guò)7百多萬(wàn)臺(tái)，具備全球性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的能力。但是，SigFox傳輸速率僅為100bits/s。其成本仍比LoRa高。UwGesmc

·RPMA

RPMA（Random Phase Multiple Access，中譯名為隨機(jī)相位多址接入），該技術(shù)由美國(guó)Ingenu公司開(kāi)發(fā)，在RPMA終端和基站的共同運(yùn)作下，用戶(hù)可以管理他們通信的容量、數(shù)據(jù)速率和范圍。RPMA基站的網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力極強(qiáng)，覆蓋美國(guó)和歐洲大陸分別只需要619個(gè)基站和1866個(gè)基站，可大大降低物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)及運(yùn)營(yíng)成本。UwGesmc

其系統(tǒng)容量大，當(dāng)設(shè)備每小時(shí)傳輸100個(gè)字節(jié)的信息，采用RPMA可接入24.9萬(wàn)個(gè)設(shè)備。另外，RPMA采用全球統(tǒng)一的頻段，可實(shí)現(xiàn)全球漫游。還具備雙向通訊，可通過(guò)廣播的方式對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行控制或升級(jí)。UwGesmc

·Weightless

由ARM和Neul推動(dòng)，目前以主要在英國(guó)、丹麥等歐洲國(guó)家應(yīng)用。Weightless標(biāo)準(zhǔn)體系的演變包括3個(gè)子集：用于低功耗廣域網(wǎng)應(yīng)用的Weightless-P；用于寬帶物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的Weightless-W；用于超窄帶應(yīng)用的Weightless-N。Weightless支持Sub-1G頻譜的全部頻段，包括ISM頻段和授權(quán)頻段。UwGesmc

Weightless和NB-IoT的核心架構(gòu)非常相似，兩者同宗同源。2012年，Dr. William Webb創(chuàng)立了Weightless技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)組織，該創(chuàng)始人同時(shí)兼任Neul公司聯(lián)合創(chuàng)始人和CTO。2014年，Neul被華為收購(gòu)，華為在此基礎(chǔ)上逐步推出了NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)。UwGesmc

·HaLow

2010年，IEEE在Wi-Fi技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖上規(guī)劃802.11ah標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)采用1GHz以下的低頻頻段，可實(shí)現(xiàn)低功耗、長(zhǎng)距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)鏈接。2016年1月，802.11ah標(biāo)準(zhǔn)正式命名為HaLow，HaLow使用1GHz以下不包含TVWS的免執(zhí)照頻段，頻道帶寬為1/2/4/8/16MHz，傳輸速率至少為1Mbit/s，傳輸距離最長(zhǎng)可達(dá)1公里。2016年12月，802.11ah Draft 9.0完成標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)核定程序。UwGesmc

授權(quán)頻譜

·NB-IoT

NB-IoT全稱(chēng)Narrow Band Internet of Things，中文譯名為窄帶物聯(lián)網(wǎng)。NB-IoT基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，帶寬只有180KHz，可直接部署于GSM、UMTS或LTE網(wǎng)絡(luò)。在性能方面，NB-IoT的覆蓋廣，是GSM覆蓋范圍的10倍。NB-IoT的室內(nèi)覆蓋能力強(qiáng)，比LTE提升了100倍覆蓋區(qū)域能力。在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)提供50-100倍的接入數(shù)。該技術(shù)適合對(duì)功耗要求低，穿透性強(qiáng)，對(duì)成本要求比較高的領(lǐng)域。UwGesmc

不過(guò)，NB-IoT必須由運(yùn)營(yíng)商來(lái)部署，NB-IoT模塊現(xiàn)在成本仍較高，隨著使用量的增加未來(lái)其成本將會(huì)降低。NB-IoT是中國(guó)目前比較主流的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。UwGesmc

·eMTC

eMTC，全稱(chēng)LTE enhancements for Machine Type Communications，由LTE協(xié)議演進(jìn)而來(lái)，側(cè)重物與物之間的通信需求。其使用LTE 技術(shù)體制的800/900/1800/1900/ 2100MHz等公眾移動(dòng)通信頻段，1447-1467MHz和1785-1805MHz等專(zhuān)用通信頻段，其下行峰值速率可達(dá)1Mbps，是低功耗物聯(lián)網(wǎng)中傳輸速率最高的一種。UwGesmc

同時(shí)，它還彌補(bǔ)了NB-IoT 技術(shù)不可定位和不支持語(yǔ)音的缺陷，特別適用于智能物流、智能可穿戴、智能充電樁、智能公交站牌、公共自行車(chē)管理等需要定位和語(yǔ)音的應(yīng)用場(chǎng)景。UwGesmc

·EC-GSM-IoT

EC-GSM-IoT是GSM向物聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)的技術(shù)。該技術(shù)的特點(diǎn)是通信可靠、安全，可與GSM混合部署，無(wú)須額外的頻譜資源。不過(guò)GSM終端的峰值功耗超過(guò)4W，對(duì)電池的要求較高。同時(shí)，獨(dú)立部署EC-GSM需要的最小組網(wǎng)頻譜是2.4MHz，運(yùn)營(yíng)商規(guī)劃頻譜難度大，很多運(yùn)營(yíng)商己決定GSM退網(wǎng)，其產(chǎn)業(yè)鏈前景不明朗。UwGesmc

二、未來(lái)各種技術(shù)融合發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)研究公司IoT Analytics的數(shù)據(jù)顯示，自2018年起，低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始成為物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)增長(zhǎng)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，到2023年LPWAN連接數(shù)將超過(guò)11億的規(guī)模。UwGesmc

研究機(jī)構(gòu)Ovum也曾報(bào)告稱(chēng)，NB-IoT或?qū)⒅髟讈喬貐^(qū)的物聯(lián)網(wǎng)部署。不過(guò)，非授權(quán)頻譜的標(biāo)準(zhǔn)在利基市場(chǎng)也有很強(qiáng)的實(shí)施空間。實(shí)際上，當(dāng)前并沒(méi)有一個(gè)技術(shù)能適用于所有的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，也很難在短期內(nèi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。因此，在龐大的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場(chǎng)中，各項(xiàng)技術(shù)的關(guān)系并非你死我活而是互補(bǔ)融合，未來(lái)各種技術(shù)協(xié)同發(fā)展的趨勢(shì)更為明顯。UwGesmc

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表1 LPWAN技術(shù)的性能特征（部分）UwGesmc

在中國(guó)市場(chǎng)上，目前低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)的各種標(biāo)準(zhǔn)都在開(kāi)拓市場(chǎng)的階段，其中以NB-IoT和eMTC在在政府和運(yùn)營(yíng)商的共同推動(dòng)下大有搶占先機(jī)之勢(shì)，同時(shí)LoRa、RPMA等非授權(quán)頻譜也在一些垂直領(lǐng)域也開(kāi)始落地?？梢灶A(yù)見(jiàn)的是，至少在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，支持授權(quán)頻譜和非授權(quán)頻譜的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)將并存。未來(lái)或?qū)⑿纬?-2個(gè)主流技術(shù)，多個(gè)針對(duì)特殊應(yīng)用場(chǎng)景的補(bǔ)充技術(shù)。UwGesmc

三、NB-IoT將是中國(guó)市場(chǎng)的主流

自2014年我國(guó)政府加強(qiáng)對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略支持以來(lái)，中國(guó)進(jìn)口芯片和出口芯片的之間的逆差仍十分明顯。2018年，中國(guó)進(jìn)口的芯片金額達(dá)3100億美金，而出口的芯片金額只有800億美金，我國(guó)進(jìn)出口芯片的逆差高達(dá)2300多億，換算人民幣相差接近萬(wàn)億元。上述數(shù)據(jù)反映了當(dāng)前我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)正面臨嚴(yán)重缺“芯”的問(wèn)題。UwGesmc

在此背景下，除了華為主導(dǎo)的NB-IoT之外，其他的低功耗物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)仍掌握國(guó)外企業(yè)的手中。目前，中國(guó)市場(chǎng)上的LoRa、SigFox等芯片都主要依靠進(jìn)口，或許我們能從NB-IoT芯片的發(fā)展上得到一些啟發(fā)。UwGesmc

NB-IoT在中國(guó)的發(fā)展歸屬于多方努力的結(jié)果，不僅有華為的帶動(dòng)，政府的扶持，還有運(yùn)營(yíng)商的布局。UwGesmc

2013年初，華為與相關(guān)業(yè)內(nèi)廠商、運(yùn)營(yíng)商推動(dòng)當(dāng)時(shí)名為L(zhǎng)TE-M的技術(shù)。2014年5月，3GPP GERAN工作組立項(xiàng)，LTE-M的名字變?yōu)镃IoT。2015年5月，華為和高通共同宣布了NB-CIoT方案，同年8月，愛(ài)立信與幾家公司共同提出了NB-LTE概念，9月NB-CIoT和NB-LTE融合成為NB-IoT。2016年6月，NB-IoT核心標(biāo)準(zhǔn)在3GPP R13凍結(jié)。2017年6月，華為NB-IoT芯片Boudica 120大批量發(fā)貨。這一系列動(dòng)作表明，華為在NB-IoT的發(fā)展中起到了非常重要的推動(dòng)作用。UwGesmc

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圖2 NB-IoT的演變歷程 制圖：國(guó)際電子商情UwGesmc

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圖3 NB-IoT的演變歷程 制圖：國(guó)際電子商情UwGesmc

除了企業(yè)推動(dòng)之外，工信部先后在2017年6月發(fā)布了《關(guān)于全面推進(jìn)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）建設(shè)發(fā)展的通知》，在2018年5月發(fā)布了《國(guó)資委關(guān)于深入推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)提速降費(fèi)加快培育經(jīng)濟(jì)發(fā)展新動(dòng)能2018專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)的實(shí)施意見(jiàn)》。這兩個(gè)文件都針對(duì)NB-IoT，在推動(dòng)該技術(shù)的發(fā)展中起到了非常重要的作用。在2017年頒布的文件中，明確了對(duì)NB-IoT基站建設(shè)的目標(biāo)，2020年將完成150萬(wàn)個(gè)基站建設(shè)。2018年頒布的文件中，要求進(jìn)一步加速NB-IoT等物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。UwGesmc

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表2 工信部關(guān)于NB-IoT的政策UwGesmc

在運(yùn)營(yíng)商布局方面，電信是三大運(yùn)營(yíng)商中首個(gè)完成覆蓋全國(guó)的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的運(yùn)營(yíng)商，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了31萬(wàn)個(gè)基站升級(jí)。另外，電信還是NB-IoT商用的推動(dòng)者。2018年6月，中國(guó)電信與ofo、華為聯(lián)合開(kāi)發(fā)的基于NB-IoT技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)智能鎖商用，標(biāo)志著在中國(guó)NB-IoT技術(shù)首次落地商用。UwGesmc

當(dāng)前，中國(guó)移動(dòng)已經(jīng)形成了覆蓋云-管-端的物聯(lián)網(wǎng)能力，物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)突破2.3億。同時(shí)，移動(dòng)還新建了NB-IoT精品網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。在芯片產(chǎn)品方面，自2016年11月移動(dòng)發(fā)布第一款產(chǎn)品以來(lái)，到目前已經(jīng)發(fā)布了多款NB-IoT芯片產(chǎn)品。UwGesmc

2017年Q3，聯(lián)通的NB-IoT在全國(guó)11個(gè)省進(jìn)行試商用，2018年Q1，全國(guó)核心網(wǎng)專(zhuān)網(wǎng)建成，具備全網(wǎng)統(tǒng)一接入能力。到目前，中國(guó)聯(lián)通已實(shí)現(xiàn)在全國(guó)300個(gè)城市的NB-IoT連接服務(wù)。此外，聯(lián)通還推出了NB-IoT資費(fèi)套餐。據(jù)了解，該套餐按單個(gè)連接單獨(dú)計(jì)費(fèi)，對(duì)于每個(gè)NB-IoT連接，設(shè)置每個(gè)月的流量上限，如果當(dāng)月總流量超過(guò)該上限，則超過(guò)的部分按包外資費(fèi)來(lái)計(jì)算。在NB-IoT數(shù)據(jù)傳輸方式上細(xì)分為虛擬專(zhuān)用數(shù)據(jù)網(wǎng)VPDN傳輸和互聯(lián)網(wǎng)傳輸，兩種方式的月租、包外資費(fèi)均不同。UwGesmc

此外，還有一些國(guó)產(chǎn)芯片企業(yè)也研發(fā)了自己的NB-IoT芯片產(chǎn)品。UwGesmc

華為海思在2017年6月開(kāi)始大批量出貨Boudica 120芯片，Boudica 150芯片(支持1800M)在2018年Q4大規(guī)模商用出貨。這兩款NB-IoT芯片具備高集成、低功耗、可內(nèi)置輕量級(jí)的Huawei LiteOS物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。UwGesmc

紫光展銳2017年Q4推出NB-IoT單模芯片春藤8908和NB-IoT/GSM雙模芯片春藤8909，并在2018上半年成功流片NB-IoT/eMTC/GSM三模的春藤8915。該公司的NB-IoT芯片可完整支持3GPP Release 13的幾乎所有功能，除了滿足中國(guó)市場(chǎng)的需求之外，同時(shí)也瞄準(zhǔn)歐美及海外市場(chǎng)。UwGesmc

業(yè)界也預(yù)測(cè)，2019年NB-IoT芯片將在功耗方面有更大的改善，成本也有更大幅度的降低，從而也將推動(dòng)NB-IoT終端產(chǎn)品出貨量的上升。UwGesmc

四、eMTC的布局正在進(jìn)行中

eMTC與NB-IoT都屬于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)承載技術(shù)，具有覆蓋能力強(qiáng)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模大、安全保障高等方面的優(yōu)勢(shì)。與NB-IoT不同的是，eMTC支持定位和語(yǔ)音功能，在智能物流、智能可穿戴、智能充電樁、智能公交站牌等領(lǐng)域有較大的市場(chǎng)空間。UwGesmc

實(shí)際上， eMTC在中國(guó)市場(chǎng)的布局也值得關(guān)注。2018年，工信部將eMTC頻率管理作為一項(xiàng)重要工作，三大運(yùn)營(yíng)商也表示將對(duì)eMTC進(jìn)行布局。UwGesmc

雖然不如NB-IoT那樣大規(guī)模的普及，但是三大運(yùn)營(yíng)商針對(duì)eMTC也有一些新的動(dòng)作。中國(guó)聯(lián)通曾對(duì)外宣布，到2018年Q3 eMTC核心網(wǎng)具備全網(wǎng)接入能力，中國(guó)電信和中國(guó)移動(dòng)也曾表示將在2018年實(shí)現(xiàn)eMTC試商用。但是，三大運(yùn)營(yíng)商目前尚未透露更多的關(guān)于eMTC項(xiàng)目的進(jìn)展，可以判定的是對(duì)該技術(shù)的布局仍在落地中。UwGesmc

實(shí)際上，LoRa和SigFox等支持非授權(quán)頻譜的技術(shù)也在中國(guó)這個(gè)大市場(chǎng)上也有一定的空間。但是，目前5G仍尚未完全成熟，關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的布局和落地也將靜待5G的大規(guī)模商用化。UwGesmc

本文為《國(guó)際電子商情》2019年6月刊雜志文章。UwGesmc

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