低功耗广域物联网的技术纷争,NB-IoT/LoRa/eMTC谁主沉浮?
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低功耗广域物联网的技术纷争,NB-IoT/LoRa/eMTC谁主沉浮?

18年02月13日     EEFOCUS

[导读]麦肯锡还预估,到2025年,物联网技术的潜在经济总量将达到11.1万亿美元。

 

物联网,是半导体领域一个热门话题,且发展异常迅速。据去年(2017年)年底市场调研机构IC Insights的一份预测,汽车电子与物联网将是近年增速最快集成电路IC应用市场,这两类IC在2016年至2021年销售额增速将比IC市场整体增速快70%。此前,麦肯锡还预估,到2025年,物联网技术的潜在经济总量将达到11.1万亿美元。

 

图片来源:IC Insights

 

考虑到生活中的应用场景(如远程抄表、环境监测、智能停车、位置追踪等)时,我们则更需要一种覆盖广、成本低、部署简单、支持大连接的物联网,因此低功耗广域物联网(Low-Power Wide-Area Network,简称LPWAN)应运而生。并且,以这些应用场景为主导的物联网数量将占到物联网总连接数的60%。

 

 

市场之大、应用之广,这块蛋糕不可谓不诱人,这背后不仅是厂商之间的产品战斗,更是几大主流技术的江湖纷争。经过厮杀,有三大技术脱颖而出成为第一梯队,那就是NB-IoTLoRaeMTC,它们已经各自初步建立了自己的产业生态环境。

 

NB-IoT的顺势而为

NB-IoT(Narrow Band Internet of Things,窄带蜂窝物联网),是专门为LPWA类物联网业务设计的全新技术,具备广覆盖、大连接、低功耗、低成本的特点,通过牺牲速率和时延性能,换取更极致的物联网承载能力。

 

从发展历史上看,这个技术名称的确定都几经波折,并且有一个有名气的国内企业也频频出镜。

 

早在2013年初,华为与相关业内厂商、运营商展开窄带蜂窝物联网发展,并起名为LTE-M(LTE for Machine to Machine)。2014年5月,由沃达丰、中国移动、Orange、意大利电信,华为,诺基亚等公司支持的物联网超低功耗蜂窝系统项目在3GPP GERAN工作组立项,LTE-M的名字演变为Cellular IoT,简称CIoT。2015年5月,华为和高通共同宣布了NB-CIoT(Narrow Band Cellular IoT)方案。2015年8月,爱立信联合几家公司提出了NB-LTE(Narrow Band LTE)的概念。2015年9月,NB-CIoT和NB-LTE两个技术方案进行融合形成了NB-IoT。

 

随后在2016年NB-IoT R核心协议在RAN1、RAN2、RAN3、RAN4四个工作组均已冻结。

 

到了2017年11月份,有公开资料称全球已商用的NB-IoT网络达到21张,包括:VDF西班牙,德电荷兰,德电德国,挪威Telia,中国电信,中国移动,中国联通,韩国LGU+,KT,VDF荷兰,VDF爱尔兰,澳大利亚VHA,阿联酋ET,香港CMHK,新加坡M1,意大利TIM,南非Vodacom等。并表示,2018年将达到100张[1]。

 

不难看出,NB-IoT的发展一路顺风顺水,一方面得益于技术本身优势,比如:1,广覆盖,在同样的频段下,NB-IoT比现有的网络增益提高20dB,覆盖面积扩大100倍;2,它具备支撑海量连接的能力,NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接;3,更低功耗,NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年;低的模块成本[2]。

 

另一方面,政策的推动也是必不可少。

 

自2016年6月16日,NB-IoT 技术协议获得3GPP无线接入网(RAN)技术规范组会议通过以来,我国随后就出台一系列政策支持 NB-IoT 发展[3]。

 

2017年5月,工信部发布《电信网编号计划(2017年版)》,新编号中增加了物联网网号,将“140XX~144XX”明确为物联网网号。

 

2017年6月16日,工信部下发《关于全面推进移动物联网(NB-IoT)建设发展的通知》,《通知》对2017年到2020年的NB-IoT标准、NB-IoT设备、NB-IoT芯片、NB-IoT模组、NB-IoT测试、NB-IoT应用、NB-IoT网络的发展,部署了“定量”的任务。

 

2017年6月20日,工信部发布2017年第27号公告,从三方面明确了 NB-IoT 系统频率的使用要求。1,在频率使用方面,在不影响现有业务运行的前提下,运营商可以使用已分配的 GSM 或 FDD 方式的 IMT 系统频段来部署 NB-IoT,在频率配置方式上,运营商可根据需要选择带内工作模式、保护带工作模式或者独立工作模式。2,在射频技术指标方面, 公告对NB-IoT 系统宏基站射频技术指标进行了规范,并明确了终端射频技术指标参照相关行业标准。3,在基站管理方面,明确了建设NB-IoT基站须取得无线电台执照,同时对800MHz、900MHz、1800MHz和2100MHz频段NB-IoT系统基站的设置提出了具体的要求。

 

2017年8月7日,工信部批准同意了部分单位提出的电信网码号资源有关申请,对2017年第10批《中华人民共和国电信网码号资源使用证书》颁发结果进行公示,其中就包括了物联网号段分配。

 

再从运营商部署进度和产业生态上看,三大运营商在NB-IoT的部署上也呈现加速模式。中国电信2017年6月底率先完成基于800MHz的 NB-IoT 网络部署,全网31万基站实现同步升级,建成了全球最大的NB-IoT网络。中国联通2017年5月15日在上海宣布建成 NB-IoT 试商用网络,积极布局基于 NB-IoT 技术的物联网创新业务。中国移动在 2017 年半年报中表示,将在全国 346 个城市启动移动物联网建设,并于8月初发布2017-2018年蜂窝物联网(主要为 NB-IoT 和 eMTC)工程无线和核心网设备设计与可行性研究集采公告,预估工程费高达395亿元;同时发布对移动物联网设备开展了预估总量为111万副的天线集采,预计年内将实现全国范围内商用[4]。

 

当然,NB-IoT的发展更离不开芯片和模组等产业链上游厂商的发力。业内一些“网红”产品,大家一定很熟悉,如:华为的Boudica120、Boudica150;高通的MDM9206;联发科的MT2625。与非网记者此次专题采访的企业也有自己产品的部署,QORVO的RF351x 系列产品;ST基于Nucleo板的NB-IoT扩展板。除此之外,锐迪科、英特尔、中兴微电子等公司也有自己的芯片规划。

 

但不容忽视的问题是从芯片到模组再到大规模商用 NB-IoT 还没有成熟,三大运营商的资费怎么收取也都在探讨阶段,业界仍然不能就合适的商业模式形成共识。

LoRa绝地求生

NB-IoT的顺风顺水,是否就意味着其他技术的日子就窘迫?我们再来看一下LoRa的境遇,但还是先从概念谈起。

 

LoRa的全称是“Long Rang”,诞生于2013年,它是一种机遇扩频技术的低功耗长距离无线通信技术,主要面向物联网,应用于电池供电的无线局域网、广域网设备。

 

LoRa是美国升特(Semtech)公司的私有物理层技术,为了推广LoRa,Semtech牵头并联合IBM、Actility和Microchip于2015年3月成立了LoRa全球技术联盟(LoRa-Alliance),以LoRa技术为基础共同开展LoRaWAN标准的制定工作和构建产业生态系统。总的来说,LoRaWAN是为解决物联网和智慧城市应用中的M2M(Machine-to-Machine)无线通信需求、工作在Sub-GHz ISM(433/866/915 MHz)非授权频段的低功耗广域接入网技术。

 

有人想要大力推广LoRa,那该技术就存在值得肯定的优势,QORVO移动事业部中国华东地区销售经理 David Zhao在接受与非网记者采访时表示:“采用非授权频段,可以让LoRa获得免费的频谱资源。”

 

当然优点不仅如此,有研究院对LoRa进行了技术上的测试和分析,结果表面LoRa系统的功耗相对于目前的蜂窝通信系统及窄带物联网系统等都具有相当的优势;且成本非常低廉[5]。

 

 

 

上表是LoRa一些使用业务案例,可以看出LoRa 物联网在城市管理中可以在若干场景中大显身手,包括基础设施、路灯、空气、交通、人流、建筑等的数据采集及分析。 同样在节能减排、环境检测、工业制造等方面也有着广泛的应用[6]。

 

其实LoRa真正问题不在技术层面,外界讨论更多的则是政策待遇。2017年12月13日工信部无线电管理局发布《微功率短距离无线电发射设备技术要求(征求意见稿)》,其中对于470-510MHz民用计量频段提出了新的限定:“限单频点使用,不能用于组网应用”。有人认为这对一些LoRa相关企业来说,将是毁灭性的打击。

 

对此,村田(中国)投资有限公司技术市场经理肖鹏在接受与非网记者采访时表示:“对于需求、增长巨大的市场容量,丰富的场景应用对不同的多点、组网通信技术需求也是不一而足的。同时由于物联网市场天然的碎片化特性,决定了对于通信技术的要求也呈现出不同的侧重性、多样性,因此LoRa的发展应以其自身的技术特点,针对适合的物联网应用场景,给客户带来好的用户体验,从而促进整个物联网市场的发展。”

 

“这是一个硬币的两面。建议LoRa可以持续和政府监管部门进行协商和沟通。”QORVO移动事业部中国华东地区销售经理 David Zhao如是说。

eMTC的替补生涯

eMTC技术的提及,往往伴随着NB-IoT,很显然,论知名程度不及NB-IoT,虽然他们都是蜂窝物联网。

 

eMTC又称为LTE-M(LTE-Machine-to-Machine),主要面向物联网超可靠、低时延的应用场景,eMTC本身基于3GPP标准,由LTE协议演变而来的。为了更加适合物与物之间的通信,也为了实现更低的成本,eMTC在LTE协议的基础上进行了一定的裁剪和优化。

 

eMTC与NB-IoT同属3GPP下的两兄弟,同为R13版本中规范的物联网的相关标准协议,秉性脾气既有相似之处,也有一定差距。在应用选择方面,如果对语音、移动性、速率等有较高的要求,则一般会选择eMTC技术;而如果对成本、覆盖等有较高的要求,则可选择NB-IoT。因而,在一定程度上来看,eMTC和NB-IoT是相互补充的。具体如下表[7]。

 

 

在商用布局方面,欧洲运营商同时考虑NB-IoT和eMTC,但NB-IoT进度更快。而北美运营商青睐eMTC。2017年3月,Verizon在美国开启了eMTC的全国商用,网络覆盖广阔。而2017年2月底,AT&T、KPN、KDDI、NTT docomo、Orange、Telefonica、Telstra、TELUS和Verizon在MWC2017上确认支持eMTC的全球部署[8]。

 

大唐移动无线网络业务市场总监韩志聪在一次采访中表示:“无论是哪条路径,蜂窝物联网均需要同时支持eMTC与NB-IoT两种技术。因此两种技术互补发展的落脚点仍在于网络先行、统筹规划,运营商要建设可以同时支持NB-IoT与eMTC的网络。同时各方进行产业催熟,拉通芯片、模组对两种技术的支持,最终以业务为驱动,推进蜂窝物联网的业务多维并行。”[9]

 

结语

NB-IoT、LoRa以及eMTC同属于低功耗广域网的范畴,每种技术有自己的优劣势。简单来讲,从功耗以及成本的角度出发,LoRa要好于NB-IoT以及eMTC。从数据传输速度来讲, NB-IoT和eMTC要强于LoRa。即使同属于蜂窝技术的NB-IoT和eMTC也有不同的适用场景,比如NB-IoT适用于静止的场景,eMTC与移动的场景更配。由于各国国情不同,采用的低功耗广域网技术也不就不尽相同。看到这里,你对外界的很多纷争,应该有了新的认识。

 

文章引用:

[1] 《一文了解全球21张NB-IoT(试)商用网络+4张eMTC商用网络》.

[2] 郑宁, 杨曦, 吴双力. 低功耗广域网络技术综述[J]. 信息通信技术, 2017(1):47-54.

[3] 王英敏. NB-IoT发展现状研究[J]. 通讯世界, 2017(22).

[4] 《2017年中国NB-IoT产业利好政策梳理及运营商部署情况分析》.

[5] 刘琛, 邵震, 夏莹莹. 低功耗广域LoRa技术分析与应用建议[J]. 电信技术, 2016, 1(5):43-46.

[6] 万芬. 浅谈LoRa物联网技术及应用[J]. 通讯世界, 2017(2):91-92.

[7] 《eMTC再现江湖,你,了解eMTC了呢》.

[8] 黄海峰. NB-IoT、eMTC与LoRa相争 谁将胜出?[J]. 通信世界, 2017(14).

[9] 黄海峰. 大唐移动专家详解eMTC:优势显著与NB-IoT互补发展关键在网络[J]. 通信世界, 2017(29):53-53.

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编辑:nicle

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