低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)紛爭(zhēng)，NB-IoT/LoRa/eMTC誰主沉??？

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物聯(lián)網(wǎng)，是半導(dǎo)體領(lǐng)域一個(gè)熱門話題，且發(fā)展異常迅速。據(jù)去年（2017 年）年底市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu) IC Insights 的一份預(yù)測(cè)，汽車電子與物聯(lián)網(wǎng)將是近年增速最快集成電路 IC 應(yīng)用市場(chǎng)，這兩類 IC 在 2016 年至 2021 年銷售額增速將比 IC 市場(chǎng)整體增速快 70%。此前，麥肯錫還預(yù)估，到 2025 年，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的潛在經(jīng)濟(jì)總量將達(dá)到 11.1 萬億美元。

圖片來源：IC Insights

考慮到生活中的應(yīng)用場(chǎng)景（如遠(yuǎn)程抄表、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能停車、位置追蹤等）時(shí)，我們則更需要一種覆蓋廣、成本低、部署簡(jiǎn)單、支持大連接的物聯(lián)網(wǎng)，因此低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)（Low-Power Wide-Area Network，簡(jiǎn)稱 LPWAN）應(yīng)運(yùn)而生。并且，以這些應(yīng)用場(chǎng)景為主導(dǎo)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)量將占到物聯(lián)網(wǎng)總連接數(shù)的 60%。

市場(chǎng)之大、應(yīng)用之廣，這塊蛋糕不可謂不誘人，這背后不僅是廠商之間的產(chǎn)品戰(zhàn)斗，更是幾大主流技術(shù)的江湖紛爭(zhēng)。經(jīng)過廝殺，有三大技術(shù)脫穎而出成為第一梯隊(duì)，那就是 NB-IoT、LoRa 和 eMTC，它們已經(jīng)各自初步建立了自己的產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境。

NB-IoT 的順勢(shì)而為

NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)），是專門為 LPWA 類物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的全新技術(shù)，具備廣覆蓋、大連接、低功耗、低成本的特點(diǎn)，通過犧牲速率和時(shí)延性能，換取更極致的物聯(lián)網(wǎng)承載能力。

從發(fā)展歷史上看，這個(gè)技術(shù)名稱的確定都幾經(jīng)波折，并且有一個(gè)有名氣的國內(nèi)企業(yè)也頻頻出鏡。

早在 2013 年初，華為與相關(guān)業(yè)內(nèi)廠商、運(yùn)營商展開窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，并起名為 LTE-M（LTE for Machine to Machine）。2014 年 5 月，由沃達(dá)豐、中國移動(dòng)、Orange、意大利電信，華為，諾基亞等公司支持的物聯(lián)網(wǎng)超低功耗蜂窩系統(tǒng)項(xiàng)目在 3GPP GERAN 工作組立項(xiàng)，LTE-M 的名字演變?yōu)?Cellular IoT，簡(jiǎn)稱 CIoT。2015 年 5 月，華為和高通共同宣布了 NB-CIoT（Narrow Band Cellular IoT）方案。2015 年 8 月，愛立信聯(lián)合幾家公司提出了 NB-LTE（Narrow Band LTE）的概念。2015 年 9 月，NB-CIoT 和 NB-LTE 兩個(gè)技術(shù)方案進(jìn)行融合形成了 NB-IoT。

隨后在 2016 年 NB-IoT R 核心協(xié)議在 RAN1、RAN2、RAN3、RAN4 四個(gè)工作組均已凍結(jié)。

到了 2017 年 11 月份，有公開資料稱全球已商用的 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)達(dá)到 21 張，包括：VDF 西班牙，德電荷蘭，德電德國，挪威 Telia，中國電信，中國移動(dòng)，中國聯(lián)通，韓國 LGU+，KT，VDF 荷蘭，VDF 愛爾蘭，澳大利亞 VHA，阿聯(lián)酋 ET，香港 CMHK，新加坡 M1，意大利 TIM，南非 Vodacom 等。并表示，2018 年將達(dá)到 100 張[1]。

不難看出，NB-IoT 的發(fā)展一路順風(fēng)順?biāo)环矫娴靡嬗诩夹g(shù)本身優(yōu)勢(shì)，比如：1，廣覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT 比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益提高 20dB，覆蓋面積擴(kuò)大 100 倍；2，它具備支撐海量連接的能力，NB-IoT 一個(gè)扇區(qū)能夠支持 10 萬個(gè)連接；3，更低功耗，NB-IoT 終端模塊的待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá) 10 年；低的模塊成本[2]。

另一方面，政策的推動(dòng)也是必不可少。

自 2016 年 6 月 16 日，NB-IoT 技術(shù)協(xié)議獲得 3GPP 無線接入網(wǎng)（RAN）技術(shù)規(guī)范組會(huì)議通過以來，我國隨后就出臺(tái)一系列政策支持 NB-IoT 發(fā)展[3]。

2017 年 5 月，工信部發(fā)布《電信網(wǎng)編號(hào)計(jì)劃（2017 年版）》，新編號(hào)中增加了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)號(hào)，將“140XX~144XX”明確為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)號(hào)。

2017 年 6 月 16 日，工信部下發(fā)《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》，《通知》對(duì) 2017 年到 2020 年的 NB-IoT 標(biāo)準(zhǔn)、NB-IoT 設(shè)備、NB-IoT 芯片、NB-IoT 模組、NB-IoT 測(cè)試、NB-IoT 應(yīng)用、NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，部署了“定量”的任務(wù)。

2017 年 6 月 20 日，工信部發(fā)布 2017 年第 27 號(hào)公告，從三方面明確了 NB-IoT 系統(tǒng)頻率的使用要求。1，在頻率使用方面，在不影響現(xiàn)有業(yè)務(wù)運(yùn)行的前提下，運(yùn)營商可以使用已分配的 GSM 或 FDD 方式的 IMT 系統(tǒng)頻段來部署 NB-IoT，在頻率配置方式上，運(yùn)營商可根據(jù)需要選擇帶內(nèi)工作模式、保護(hù)帶工作模式或者獨(dú)立工作模式。2，在射頻技術(shù)指標(biāo)方面， 公告對(duì) NB-IoT 系統(tǒng)宏基站射頻技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)范，并明確了終端射頻技術(shù)指標(biāo)參照相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。3，在基站管理方面，明確了建設(shè) NB-IoT 基站須取得無線電臺(tái)執(zhí)照，同時(shí)對(duì) 800MHz、900MHz、1800MHz 和 2100MHz 頻段 NB-IoT 系統(tǒng)基站的設(shè)置提出了具體的要求。

2017 年 8 月 7 日，工信部批準(zhǔn)同意了部分單位提出的電信網(wǎng)碼號(hào)資源有關(guān)申請(qǐng)，對(duì) 2017 年第 10 批《中華人民共和國電信網(wǎng)碼號(hào)資源使用證書》頒發(fā)結(jié)果進(jìn)行公示，其中就包括了物聯(lián)網(wǎng)號(hào)段分配。

再從運(yùn)營商部署進(jìn)度和產(chǎn)業(yè)生態(tài)上看，三大運(yùn)營商在 NB-IoT 的部署上也呈現(xiàn)加速模式。中國電信 2017 年 6 月底率先完成基于 800MHz 的 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)部署，全網(wǎng) 31 萬基站實(shí)現(xiàn)同步升級(jí)，建成了全球最大的 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)。中國聯(lián)通 2017 年 5 月 15 日在上海宣布建成 NB-IoT 試商用網(wǎng)絡(luò)，積極布局基于 NB-IoT 技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新業(yè)務(wù)。中國移動(dòng)在 2017 年半年報(bào)中表示，將在全國 346 個(gè)城市啟動(dòng)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，并于 8 月初發(fā)布 2017-2018 年蜂窩物聯(lián)網(wǎng)（主要為 NB-IoT 和 eMTC）工程無線和核心網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)與可行性研究集采公告，預(yù)估工程費(fèi)高達(dá) 395 億元；同時(shí)發(fā)布對(duì)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開展了預(yù)估總量為 111 萬副的天線集采，預(yù)計(jì)年內(nèi)將實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)商用[4]。

當(dāng)然，NB-IoT 的發(fā)展更離不開芯片和模組等產(chǎn)業(yè)鏈上游廠商的發(fā)力。業(yè)內(nèi)一些“網(wǎng)紅”產(chǎn)品，大家一定很熟悉，如：華為的 Boudica120、Boudica150；高通的 MDM9206；聯(lián)發(fā)科的 MT2625。與非網(wǎng)記者此次專題采訪的企業(yè)也有自己產(chǎn)品的部署，QORVO 的 RF351x 系列產(chǎn)品；ST 基于 Nucleo 板的 NB-IoT 擴(kuò)展板。除此之外，銳迪科、英特爾、中興微電子等公司也有自己的芯片規(guī)劃。

但不容忽視的問題是從芯片到模組再到大規(guī)模商用 NB-IoT 還沒有成熟，三大運(yùn)營商的資費(fèi)怎么收取也都在探討階段，業(yè)界仍然不能就合適的商業(yè)模式形成共識(shí)。

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LoRa 絕地求生

NB-IoT 的順風(fēng)順?biāo)?，是否就意味著其他技術(shù)的日子就窘迫？我們?cè)賮砜匆幌?LoRa 的境遇，但還是先從概念談起。

LoRa 的全稱是“Long Rang”，誕生于 2013 年，它是一種機(jī)遇擴(kuò)頻技術(shù)的低功耗長(zhǎng)距離無線通信技術(shù)，主要面向物聯(lián)網(wǎng)，應(yīng)用于電池供電的無線局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)設(shè)備。

LoRa 是美國升特（Semtech）公司的私有物理層技術(shù)，為了推廣 LoRa，Semtech 牽頭并聯(lián)合 IBM、Actility 和 Microchip 于 2015 年 3 月成立了 LoRa 全球技術(shù)聯(lián)盟（LoRa-Alliance），以 LoRa 技術(shù)為基礎(chǔ)共同開展 LoRaWAN 標(biāo)準(zhǔn)的制定工作和構(gòu)建產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。總的來說，LoRaWAN 是為解決物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市應(yīng)用中的 M2M（Machine-to-Machine）無線通信需求、工作在 Sub-GHz ISM（433/866/915 MHz）非授權(quán)頻段的低功耗廣域接入網(wǎng)技術(shù)。

有人想要大力推廣 LoRa，那該技術(shù)就存在值得肯定的優(yōu)勢(shì)，QORVO 移動(dòng)事業(yè)部中國華東地區(qū)銷售經(jīng)理 David Zhao 在接受與非網(wǎng)記者采訪時(shí)表示：“采用非授權(quán)頻段，可以讓 LoRa 獲得免費(fèi)的頻譜資源。”

當(dāng)然優(yōu)點(diǎn)不僅如此，有研究院對(duì) LoRa 進(jìn)行了技術(shù)上的測(cè)試和分析，結(jié)果表面 LoRa 系統(tǒng)的功耗相對(duì)于目前的蜂窩通信系統(tǒng)及窄帶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等都具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)；且成本非常低廉[5]。

上表是 LoRa 一些使用業(yè)務(wù)案例，可以看出 LoRa 物聯(lián)網(wǎng)在城市管理中可以在若干場(chǎng)景中大顯身手，包括基礎(chǔ)設(shè)施、路燈、空氣、交通、人流、建筑等的數(shù)據(jù)采集及分析。 同樣在節(jié)能減排、環(huán)境檢測(cè)、工業(yè)制造等方面也有著廣泛的應(yīng)用[6]。

其實(shí) LoRa 真正問題不在技術(shù)層面，外界討論更多的則是政策待遇。2017 年 12 月 13 日工信部無線電管理局發(fā)布《微功率短距離無線電發(fā)射設(shè)備技術(shù)要求（征求意見稿）》，其中對(duì)于 470-510MHz 民用計(jì)量頻段提出了新的限定：“限單頻點(diǎn)使用，不能用于組網(wǎng)應(yīng)用”。有人認(rèn)為這對(duì)一些 LoRa 相關(guān)企業(yè)來說，將是毀滅性的打擊。

對(duì)此，村田（中國）投資有限公司技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理肖鵬在接受與非網(wǎng)記者采訪時(shí)表示：“對(duì)于需求、增長(zhǎng)巨大的市場(chǎng)容量，豐富的場(chǎng)景應(yīng)用對(duì)不同的多點(diǎn)、組網(wǎng)通信技術(shù)需求也是不一而足的。同時(shí)由于物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)天然的碎片化特性，決定了對(duì)于通信技術(shù)的要求也呈現(xiàn)出不同的側(cè)重性、多樣性，因此 LoRa 的發(fā)展應(yīng)以其自身的技術(shù)特點(diǎn)，針對(duì)適合的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，給客戶帶來好的用戶體驗(yàn)，從而促進(jìn)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的發(fā)展?！?/p>

“這是一個(gè)硬幣的兩面。建議 LoRa 可以持續(xù)和政府監(jiān)管部門進(jìn)行協(xié)商和溝通。”QORVO 移動(dòng)事業(yè)部中國華東地區(qū)銷售經(jīng)理 David Zhao 如是說。

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eMTC 的替補(bǔ)生涯

eMTC 技術(shù)的提及，往往伴隨著 NB-IoT，很顯然，論知名程度不及 NB-IoT，雖然他們都是蜂窩物聯(lián)網(wǎng)。

eMTC 又稱為 LTE-M(LTE-Machine-to-Machine)，主要面向物聯(lián)網(wǎng)超可靠、低時(shí)延的應(yīng)用場(chǎng)景，eMTC 本身基于 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)，由 LTE 協(xié)議演變而來的。為了更加適合物與物之間的通信，也為了實(shí)現(xiàn)更低的成本，eMTC 在 LTE 協(xié)議的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定的裁剪和優(yōu)化。

eMTC 與 NB-IoT 同屬 3GPP 下的兩兄弟，同為 R13 版本中規(guī)范的物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，秉性脾氣既有相似之處，也有一定差距。在應(yīng)用選擇方面，如果對(duì)語音、移動(dòng)性、速率等有較高的要求，則一般會(huì)選擇 eMTC 技術(shù);而如果對(duì)成本、覆蓋等有較高的要求，則可選擇 NB-IoT。因而，在一定程度上來看，eMTC 和 NB-IoT 是相互補(bǔ)充的。具體如下表[7]。

在商用布局方面，歐洲運(yùn)營商同時(shí)考慮 NB-IoT 和 eMTC，但 NB-IoT 進(jìn)度更快。而北美運(yùn)營商青睞 eMTC。2017 年 3 月，Verizon 在美國開啟了 eMTC 的全國商用，網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣闊。而 2017 年 2 月底，AT&T、KPN、KDDI、NTT docomo、Orange、Telefonica、Telstra、TELUS 和 Verizon 在 MWC2017 上確認(rèn)支持 eMTC 的全球部署[8]。

大唐移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)市場(chǎng)總監(jiān)韓志聰在一次采訪中表示：“無論是哪條路徑，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)均需要同時(shí)支持 eMTC 與 NB-IoT 兩種技術(shù)。因此兩種技術(shù)互補(bǔ)發(fā)展的落腳點(diǎn)仍在于網(wǎng)絡(luò)先行、統(tǒng)籌規(guī)劃，運(yùn)營商要建設(shè)可以同時(shí)支持 NB-IoT 與 eMTC 的網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)各方進(jìn)行產(chǎn)業(yè)催熟，拉通芯片、模組對(duì)兩種技術(shù)的支持，最終以業(yè)務(wù)為驅(qū)動(dòng)，推進(jìn)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)多維并行。”[9]

結(jié)語

NB-IoT、LoRa 以及 eMTC 同屬于低功耗廣域網(wǎng)的范疇，每種技術(shù)有自己的優(yōu)劣勢(shì)。簡(jiǎn)單來講，從功耗以及成本的角度出發(fā)，LoRa 要好于 NB-IoT 以及 eMTC。從數(shù)據(jù)傳輸速度來講， NB-IoT 和 eMTC 要強(qiáng)于 LoRa。即使同屬于蜂窩技術(shù)的 NB-IoT 和 eMTC 也有不同的適用場(chǎng)景，比如 NB-IoT 適用于靜止的場(chǎng)景，eMTC 與移動(dòng)的場(chǎng)景更配。由于各國國情不同，采用的低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)也不就不盡相同?？吹竭@里，你對(duì)外界的很多紛爭(zhēng)，應(yīng)該有了新的認(rèn)識(shí)。

文章引用：

[1] 《一文了解全球 21 張 NB-IoT（試）商用網(wǎng)絡(luò)+4 張 eMTC 商用網(wǎng)絡(luò)》.

[2] 鄭寧, 楊曦, 吳雙力 . 低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)綜述[J]. 信息通信技術(shù), 2017(1):47-54.

[3] 王英敏 . NB-IoT 發(fā)展現(xiàn)狀研究[J]. 通訊世界, 2017(22).

[4] 《2017 年中國 NB-IoT 產(chǎn)業(yè)利好政策梳理及運(yùn)營商部署情況分析》.

[5] 劉琛, 邵震, 夏瑩瑩 . 低功耗廣域 LoRa 技術(shù)分析與應(yīng)用建議[J]. 電信技術(shù), 2016, 1(5):43-46.

[6] 萬芬 . 淺談 LoRa 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用[J]. 通訊世界, 2017(2):91-92.

[7] 《eMTC 再現(xiàn)江湖，你，了解 eMTC 了呢》.

[8] 黃海峰 . NB-IoT、eMTC 與 LoRa 相爭(zhēng) 誰將勝出?[J]. 通信世界, 2017(14).

[9] 黃海峰 . 大唐移動(dòng)專家詳解 eMTC:優(yōu)勢(shì)顯著與 NB-IoT 互補(bǔ)發(fā)展關(guān)鍵在網(wǎng)絡(luò)[J]. 通信世界, 2017(29):53-53.

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