LPWA多種技術廝殺，晶元、模塊商該如何押寶？

目前的傳統移動蜂窩網路如2G、3G、4G主要滿足人與人之間的連接，以及少數M2M行業應用，其承載能力越來越難以支撐未來海量的物與物連接，因此低功耗廣域網路（LPWA）應運而生。NB-IoT是工作在授權頻譜上的低功耗廣域物聯網技術，可同時達成以下目標：增強覆蓋能力、支持大規模設備連接、降低設備複雜性、減小功耗，達到數年免更換電池長效待機。最近，工信部在《關於全面推進移動物聯網（NB-IoT）建設發展的通知》中指出，全面推進廣覆蓋、大連接、低功耗移動物聯網（NB-IoT）建設，目標到2017年末實現NB-IoT網路對直轄市、省會城市等主要城市的覆蓋，2020年NB-IoT網路實現對於全國的普遍覆蓋以及深度覆蓋。

IOT針對物聯網的應用，從技術場景上看，幾乎可以歸納為兩類：信號採集上傳類，控制指令下發類。在信號採集方面，大都是感測器類應用，比如：水表、氣表、PM2.5、溫濕度、GPS採集、地質沉降、環境監測、消防探測、穿戴式設備、物資跟蹤監測、畜牧業監測、工業儀錶監測、智能電力等，此類應用要求的數據能如實、安全、可靠的上報的雲端平台。控制指令下發類方面，比如有燈光控制、消防水泵、告警指示等。

LPWA低功耗關於網路的速率與應用分布情況

從上圖可以看到LPWA低功耗關於網路的速率與應用分布情況，這是一個金字塔結構的形狀，在金字塔應用的塔尖，大概是佔到5%的高速率以及多模應用。主要是一些3G、4G甚至未來5G的高速應用。金字塔的中間部分佔到整體應用的25%，涉及到中速率或者速率要求不是特別高的應用。比如說智能鎖、車隊管理、穿戴式設備等。這裡應用到的主要技術包括LTE Cat1、CatM1還包括一些2G技術。在金字塔的最底層佔到整體應用的70%，這些主要的應用場景是一些低速率的應用，但這些應用客戶可能更多考慮的是低成本與低功耗，比如智能抄表、停車、氣象監測等，連接的用戶數比較多，對於用戶的時延比較敏感。這方面的技術包括NB-1、LORA/Sigfox、ZigBee等。

IOT通信技術有很多種，分有線和無線，針對短距無線方面，有藍牙、WIFI、sub1G等，長距有LoRa、NB-IoT、eMTC、EC-GSM等。其中Cat M1（簡稱eMTC）速率最高達1Mbps，Cat-NB1（簡稱NB-IOT）速率最高几十kbps。

物聯網在中國的發展歷經近10多年，市場一直處於不冷不熱的狀態，其根本原因是物聯網應用的離散化需求過多，缺乏統一的標準，存在技術瓶頸。LoRa和NB-IoT技術的出現，能在一定程度上加快物聯網發展的步伐，但NB-IoT嚴重依賴運營商，難免形成新的壟斷，廣大中小物聯網在強大的運營商面前，毫無議價能力。此外，無論是LoRa還是NB-IoT 都或多或少的存在一些技術成熟度問題，需要更多的時間驗證。也需要更多的時間給物聯網企業更多的信心。以目前最火的共享單車為例，前期採用的主要是2G中速率模塊，隨著技術的發展，客戶開始傾向於採用eMTC技術來替換2G模塊。

還有一些應用，比如管道檢測、路燈的控制，共享停車位這種，在地鎖上裝一個窄帶物聯網的模塊，就可以不用拉電線，只需要電池供電。還有針對零售領域的自動販賣機，要求微信掃二維碼付錢後就可以掉下來。目前這些自動販賣機用的都是4G技術，現在已經有客戶在嘗試eMTC，但是目前網路覆蓋會更晚一些。只是前期做一些技術匹配。由於eMTC會直接從LTE升級，專門對物聯網做了適配，不需要增加太多的成本，硬體不用做任何投入，純軟體升級。

IOT目前符合3GPP-R13版本的NB-IoT存在通信時延、可移動性支持欠佳、低速率的特點，可以廣泛應用在信號採集上傳類需求場景中，LoRa或eMTC則能較好的彌補部分缺點。此外蜂窩廣域網還存在布網成本較高，特別是偏遠地區的網路成本，投資回報周期長。所以在未來相當長的時間內，仍將是多種技術並存，相互融合和彌補。

eMTC實際的工作帶寬是1.08兆，加上帶寬是1.4兆，NB-IOT的實際工作帶寬是180k，所有加起來是200k。因為不同的帶寬所能承載的速率是不一樣的，更高的帶寬所能傳輸的數據速率會更快。比如說eMTC和NB1，採用全雙工的方式，理論上可以達到1M bps數據碼流的傳輸速率。對於速率要求比較高的場景是比較合適的。當然NB1目前佔用的帶寬比較窄，所以承載的速率相對來說偏低點，NB1的主要優勢包括四點：包括更深的覆蓋，比GPRS提高20dB的信號增強；更多的連接，每小區可提供10萬個連接；低功耗，終端電池壽命超過10年；低成本，規模化後模組成本接近2G。

總體來看，NB1主要是為了滿足一些對成本要求高但是對時延要求不敏感的應用。比如一些抄表的應用，還有一些數據量不大，對於地下室覆蓋要求比較高的應用。eMTC除了具有NB1的這些優勢，同時也能夠支持一些大速率的應用，最高可以支持1Mbps的數據碼流。同時由於採用的是LTE技術，所以也具有基站定位的功能。另外，也能支持VoLTE，支持語音類型應用。XX認為，M1和NB1是互相補充的技術，能夠應用到不同的場景下。比如說，M1應用在對速率和時延要求較高的場景，比如樓宇安防、緊急救護/老人護理、可穿戴設備等。相對來說NB1則滿足對成本比較敏感、對時延要求低、數據量比較低的應用。比如說無人居住地區的環境監測、地下室、地表以及工業用感測器、停車計時器等。可以實現一些非常低頻次的連接，每次的傳輸數據可能低至幾K。另外，eMTC的時延較低，LTE的時延一般是100毫秒級的，NB一般會達到6~10秒，對於時延要求比較敏感的應用，eMTC還是比較合適的。

從目前的成本來看，NB1技術還有點太貴，主要原因是用戶比較少，規模還上不去。當大量客戶使用後，比如上游的晶元供應商如高通、MTK能夠得到大批量出貨，這樣晶元成本下降後，相信以後NB模塊的成本會接近2G模塊的成本。對於NB1來說，速率和移動性是其短板。相對來說M1因為帶寬稍大，所以NB1在部署上有一些短板。所以兩者結合起來，就有了全球雙模的產品。對於客戶來說，這種雙模產品可以更好的節省功耗、成本、以及上市時間，從這些角度來說，不用考慮產品是放在中國還是日本。此外，未來這個產品如何進行技術升級也是一個問題。因為高通支持的是全球的業務，今年一個大的策略是要做海外的客戶：所以全球的運營商對於M1的支持是必不可少的。在北美、歐洲、澳洲和日韓都有主流的運營商來支持部署。

作為一種授權頻譜技術，NB-IoT 的發展壯大需要電信運營商的大力推進和各級廠商的積極配合。2015年11月，數家全球主流運營商聯合設備商、晶元廠商和相關國際組織，在香港舉辦NB-IoT論壇籌備會，旨在加速窄帶物聯網生態系統的發展，成員包括中國移動、中國聯通、Etisalat、LG Uplus、義大利電信、Telefonica、沃達豐、GSMA、GTI、華為、愛立信、諾基亞、高通和英特爾。

從通信標準的演進時間表來看，2016年5月，3GPP RAM通過了NB-Iota的核心部分。2017年3月的MWC展上，全球12家主要的運營商宣布會支持eMTC。2017年6月，3GPP制訂R14的標準。這些都標準預示著未來NB1和eMTC都會向著5G標準演進。

從國內三大運營商的發布時間表來看，中移動同步試點NB-IOT和eMTC，支持B8，B39，預計2017年底商用。中國聯通會優先部署NB1，B3/8，計劃2017年底商用。中國電信在今年6月會實現NB1的全國覆蓋，主要在B5頻段，也在北京、浙江、廣東做了eMTC實驗網路。目前中移動和高通、摩拜單車合作推出了多模的產品。主要原因是目前信號覆蓋的問題還是很多，單模的產品一旦遇到信號死角很難開鎖。因此NB1單模的產品在共享單車上很難商用。

最後提一下LORA，LORA不需要通過運營商就可以自組網路，LORA最大的問題是開放頻段，微波爐、藍牙、WIFI都可以用。用戶數量多的話會引起互相干擾，相對來說NB1的頻段是買過來的，頻譜資源是乾淨的。只要它的基站能承載的用戶範圍之內，只要不超過10萬個用戶都沒問題。LORA沒有用戶限制，但是用戶一旦多，通信質量急劇下降。互相之間大量干擾，所以從運營商的角度看更偏向於NB-IOT，它是一定選擇3GPP規範定義的技術。目前押寶LORA的廠商主要是中國的中興，貌似跟老對頭華為對著干，中興聯合LoRa聯盟，成立了中國LoRa應用聯盟。國內從事LoRa模塊和方案開發的廠商不少，有洲斯物聯、思創匯連、普天通達、八月科技、NPLink、門思科技、利爾達、通感微電子、上海雍敏、武漢拓寶、博大光通、唯傳科技、三凡信息等公司。

從垂直行業應用來看，目前國內已有大量基於LoRa的智慧園區、工業、農林水利、能源、智慧城市等各個領域解決方案，不少方案已具備落地和規模化複製的基礎，這些使得LoRa在國內規模化普及奠定了基礎。LoRa技術在燃氣行業目前已有近千萬級規模應用，事實充分證明其物理層技術的低功耗、低成本、廣覆蓋、高成熟度特性，是目前其他無線技術無法取代的。

中國是未來最具前景的物聯網市場之一。對於物聯網來說，上下游的生態系統非常重要。在物聯網晶元領域，高通和聯發科技都是NB-IoT標準的制訂及建設的重要推動者，很早就開始布局中國市場。

2016年高通聯合中國移動和愛立信，啟動國內首個Cat-M1測試項目。2016年12月，高通與中移動物聯網有限公司簽署諒解備忘錄。2016年12月，高通聯合中國聯通和愛立信，完成基於Cat-M1標準的現網數據傳輸。2017年3月，高通與華為合作，首次打通TDD Cat-M1標準空口First Call。從高通的產品線來看，針對物聯網的應用，主要分為三類：高端物聯網採用LTE Cat4，注重成本效率、可擴展性以及較低功耗的應用採用Cat1,對於超低功耗、長電池續航、更廣覆蓋的應用則採用Cat M1/NB1。

高通的MSM9026支持15個頻段，對於目前的過渡階段來講，高通是設置成在2G和NB-1或者跟M1之間進行自動切換的設置，在硬體方面不需要改動，軟體自動切換。目前高通的Cat M1模塊已經在2017年初上市，M1/NB1/E-GPRS模塊則會在2017年年中上市。不僅支持各種定位技術，還支持Thread X和linux兩個操作系統，並且通過了全球的運營商認證。高通還基於MDM9206與中國移動研究院、摩拜單車進行了多模技術合作。聯發科技在2G、3G、4G領域長期與中國移動等運營商開展深度合作。

聯發科技自2011年起便積極投入3GPP移動物聯網技術標準的制訂，而且自NB-IoT標準化起始便積極提交文稿與系統設計，促使NB-IoT標準誕生與落地。聯發科技推出旗下首款NB-IoT（窄帶物聯網）系統單晶元（SoC）MT2625，並攜手中國移動打造業界尺寸最小 （16mm X 18mm）的NB-IoT通用模組，以超高集成度為海量物聯網設備提供兼具低功耗及成本效益的解決方案。該方案支持3GPP NB-IoT （R13 NB1, R14 NB2） 的450MHz-2.1GHz全頻段運作，適合全球範圍內智能家居、物流跟蹤、智能抄表等靜態或移動型物聯網應用。

MT2625是聯發科技精心打造的第一款NB-IoT專屬晶元，具備超高集成度，將ARM Cortex-M微控制器（MCU）、偽靜態隨機存儲器（PSRAM）、快閃記憶體與電源管理單元（PMU）整合在同一晶元平台上。高集成度不僅帶來了更小巧的封裝尺寸，而且有助於降低晶元成本和加快上市時間，滿足對成本敏感及小體積的物聯網設備的需求。此外，延續聯發科技晶元在整體功耗控制方面的一貫優勢，MT2625通過在MCU和PSRAM等組件上載入聯發科技特有的低功耗技術，使得採用該方案的物聯網設備，能夠搭配免充電電池達到長時間待機，符合低功耗廣域物聯網的要求。MT2625還整合一系列豐富的外圍輸入輸出介面，包括安全數字輸入輸出模塊（SDIO）、通用非同步收發傳輸器（UART）、I2C傳輸協議、I2S、序列外圍介面（SPI）及脈衝寬度調製（PWM），幫助NB-IoT設備實現更多的功能。

聯發科技副總經理暨家庭娛樂產品事業群總經理遊人傑表示：「低功耗廣域物聯網存在巨大的市場空間。聯發科技持續投入對NB-IoT技術的研發，全球全模規格滿足全球市場需求。除了高集成、低功耗外，聯發科技NB-IoT晶元也搭配長期積累的各種聯網技術，提供完整的物聯網軟硬體開發平台，讓不同規模的廠商都能迅速開發出多樣化的NB-IoT終端產品，加速推動NB-IoT產業發展。」在物聯網領域，聯發科技也將一如既往地與運營商保持深度合作關係。聯發科技與中國移動基於MT2625晶元合作推出的業界最小（16mm x 18mm）NB-IoT通用模組，不但集成了中國移動eSIM卡，還可以接入中國移動自主研發的物聯網開放平台One NET，這將有助於降低應用開發門檻，幫助開發者或初創企業輕鬆實現物聯網設備及應用的開發。

除了高通與聯發科，華為也是業內最早投入到窄帶物聯網技術中的。2010年開始LPWA IoT開發；2011年明確了NB-IoT的頻段需求；到了2013年華為與國際電信業者VDF為Pre NB-IoT鋪墊了商業應用進一步邁入實際；而到了2016-2017年海思與更多晶元與模塊廠商共同加入系統整合，讓應用能儘速落地化實現，是海思NB-IoT持續推進的戰略。2016年，華為推出了NB-IoT終端晶元Boudica之後更計劃在2017年持續推出新款支持多頻多模、新晶元製程工藝的「Boudica」更新版。

到2017年7月13日，ofo小黃車與中國電信、華為共同宣布，三家聯合研發的NB-IoT「物聯網智能鎖」全面啟動商用。據了解，在此次三方合作中，ofo負責智能鎖設備開發，中國電信負責提供NB-IoT物聯網的商用網路、華為負責晶元。此前ofo已經開始使用這款物聯網智能鎖，而此次將啟動全面的商用。三家聯手打造的支持NB-IoT技術的智能鎖系統具備三大特點：首先是覆蓋更廣，NB-IoT信號穿牆性遠遠超過現有的網路，即使用戶深處地下停車場，也能利用NB-IoT技術順利開關鎖，同時可通過數據傳輸實現「隨機密碼」；其次是可以連接更多設備，NB-IoT技術比傳統移動通信網路連接能力高出100倍以上，也就是說，同一基站可以連接更多的ofo物聯網智能鎖設備，避免掉線情況；三是更低功耗，NB-IoT設備的待機時間在現有電池無需充電的情況下可使用2-3年，並改變了此前用戶邊騎車邊發電的狀況。

作為M2M通信模塊的代表廠商，上海芯訊通無線科技有限公司（簡稱SimCom）在今年年初就開始布局IOT模塊。在高速率應用中，3G、4G模塊還是主流，比如智能電力，移動支付（智能POS），還有車載DVR等應用。在低速率應用中，2G模塊的應用慣性比較大，因為對於生命周期要求比較長，一款產品可能需要賣5年到7年。工業等生命周期較長的細分市場同時也是SimCom的重點。據介紹，2016年SimCom通出貨1600萬片，預計2017年可以做到3500萬片。從銷售額上看，2016年是7個億。2017年大概會做15個億。「Iota的概念太大，摻雜了很多互聯網的玩法，作為模塊公司我們還是喜歡M2M的概念。」

目前SIMCOM可以提供NB1和M1加EDGE的多模產品SIM7000C，採用的是高通的MDM9206-0。目前已經可以提供樣品，這款模塊差不多是80~100元左右，據了解，目前一個2G模塊的成本大概在20元左右。相信未來大規模普及後，NB1的成本將越來越接近2G模塊。

因為是NB1加M1的模塊，一個功能是支持VOLTE，也就是說可以支持語音，同時還支持GPS定位。此外，SIMCOM也在研發NB-IOT的單模產品。在MDM9206-1的基礎上推出了SIM7000C-N，未來也會跟MTK合作採用MT2625晶元推出SIM7020，這也是一款單模的NB1產品。

XX認為，目前對於NB1設備的很多宣傳都是用一節乾電池就可以用10年。但是實際上要待機這麼久是有條件的。「比如一天只能發送50個位元組的數據，或者2天200個位元組的數據，對於抄表水表這樣的應用，可能一周或一個月抄一次。但是對很多應用是不適用的。我們也做了一些對比，我的友商的單模產品實測下來電流是6~5毫安，宣傳的最大優勢低功耗反而是我們的產品功耗5倍左右，因此待機10年是很難的。」XX表示，市面上的友商的產品，目前不支持1800MHZ，不僅是單模，而且是單頻。不僅只能支持NB1，也只能支持單個運營商。因此SIMCOM要推出支持三模的產品，同時還是全網通，就是因為擔心出現信號不同的問題。據了解，目前三大運營商支持的頻段包括B3/B5/B8，B39，900/1800MHz，SIMCOM的三模產品針對不同運營商出貨不需要更換模塊。

目前廣域通信網路獲得了很多新的應用，比如安防保險的應用，以及氣表、水表、以前是2G模塊為主，現在則越來越多的採用NB1功能。不過eMTC是基於LTE的技術演進的，因此LTE的基本功能都具備，比如語音功能，移動性也很好，時延性也比較好。這種對於網路延時比較高的技術是很難大規模商用的，因此NB1技術不太適合共享單車。XX認為，為本身eMTC的產品就是低於CAT1的，從多模的產品來看成本會比單頻的產品略貴，但是從整體的系統成本來看是節省的。從使用角度來看，SIMCOM提供兼容2G的800、900，替換起來比較方便，同時外部電路簡單，新設計起來比較快。另外，從客戶產品的上市時間來看，因為支持用戶的頻段，一款PCB就面對所有市場，同時支持三大運營商。另外SIMCOM也提供全套開發套件，同時也有代理商和FAE可以提供很好的技術支持。

作為一家做電子物料貿易起家的物聯網解決方案提供商，利爾達的產品方案涵蓋通信模組、控制、感測、SaaS雲服務等，在NB-IOT及LORA兩項技術中，都有布局。在NB1模塊方面，利爾達採用的是Hisilicon的boudica平台，開發band5,band8,band3,band20,band28等多頻段模組及配套EVK評估系統，支持雲端的端到端體驗，是業界第一款支持雲端的開發評估系統。在路測工具方面有NB-IoT 路測dongle及測試終端，配合華為的probe，WDT等系統平台，能幫助網路人員快速評估和優化NB-IoT網路。在方案方面，我們有開發水表、氣表、定位追蹤器、共享單車鎖、冷鏈物流等多種解決方案。在LORA方面，利爾達研發有標準LoRa模塊，功能形態有SPI、透傳、自組網方案等，在LoRaWAN方面，研發有全球各標準的節點模塊及網關。廣泛應用在網路感測器採集、冷鏈、地磁、三表集抄等領域。

無論是NB-IoT還是LoRa，對於客戶來說，需要的都是一條端到端的通路，或者說是一個較為完整的方案，為此，利爾達針對市場需求，在IOT技術和方案方面，不僅僅提供模組，更重要的是提供一條端到端的解決方案。通過這種集成式方案的提供，可以滿足客戶項目的開發集成需求，產品速食麵世。

本文為國際電子商情（微信公眾號：esmcol）原創文章，版權所有！

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