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LPWAN技术众多,谁将脱颖而出? ── 中恒星光产业洞见系列(32)
 中恒星光RDDM组          2017-10-16


根据研究机构
Machina Research 的数据显示,2015年全球物联网连接数约为60 亿个,预计2025 年这一数字将增长至270 亿个。其中,2G/3G/4G 蜂窝和LPWAN 连接数将从2015年的3%上升至2024年的17%左右,LPWAN连接数在2024年将占全部物联网连接数的11%左右。自2016 年起,LPWAN 连接数开始快速增长,预计在2019 年将超过传统蜂窝连接,达到14 亿连接的体量。

物联网产业链可分为感知层、传输层和应用层,目前感知层技术较为成熟;传输层近距离组网技术较为成熟,
LPWAN(低功耗广域网络)正在建设中;应用层涉及的行业主要有车联网、智能制造、智慧城市、远程医疗、智慧农业和安防检测等。
传输层是物联网的中间层,负责信息的“传递”,即通过不同组网方式的通信网络完成信息传输。在无线网络方面,组网方式分为局域网组网和广域网组网两种形式,局域网是近距离的通信方式,常见技术为WiFi、蓝牙、Zigbee 等;广域网组网技术是远距离的通信方式,目前主要依赖授权频段的2G/3G/4G、NB-IoT和非授权频段的LoRa、SigFox等技术。NB-IoT、LoRa、SigFox属于低功耗广域网技术,LPWAN(低功耗广域物联网)能解决传统移动蜂窝网络的功耗、覆盖、连接和成本等问题,是专门针对物联网应用场景开发的。欧美国家已经在LoRa、SigFox、eMTC等技术标准有一定的商用部署实践或规划。
LPWA是适合远距离传输、通信数据量少、需电池供电长久运行的物联网应用。可以广泛用在能源、移动医疗、智慧物流、车联网、智慧家庭、零售、工业自动化、公共事业和安全等行业。当前LPWA存在四种标准技术:SigFox、LoRa、eMTC和NB-IoT,四种技术标准之间互有差异化竞争优势,尽管NB-IoT技术当前获得主流运营商和产业链厂家的支持并计划大规模商用部署,但是基于另外三种技术标准的LPWA也在全球范围内被快速部署,进而将全球形成多个细分市场。

主要物联网连接网络/技术对标

数据来源:根据公开资料,中恒星光整理


多种技术竞合发展的国际市场
2016年6月,3GPP RAN(第三代合作项目:无线接入网络)全会第72次会议上确定NB-IoT的标准后,获得包括中国移动、中国联通、中国电信、Etisalat、LG Uplus、意大利电信、Telefonia、华为、爱立信、诺基亚、高通和英特尔等全球主流运营商和产业链厂家的支持,全球主流运营商开始采用NB-IoT技术切入LPWAN。
NB-IoT技术采用超窄带、重复传输、精简网络协议等设计,以牺牲一定速率、时延、移动性能等获取面向LPWA物联网的承载能力。NB-IoT的200KHZ带宽,易于2G网络腾频和升级支持,同时子载波采用15/3.75KHZ(与LTE子载波相同或1/4),可以独立部署,也可以与LTE子载波共同部署;NB-IoT初步满足运营商的物联网战略需求,而且未来还可以进一步升级满足5G需求,成为5G的一部分。
eMTC是可以与NB-IoT相抗衡的技术标准。二者在2016年6月同时被冻结,在国际上也获得了主流运营商和产业链厂家的支持,二者均可直接在LTE基站进行软件升级部署。eMTC还具备一些差异化的优势:一是速率高,eMTC支持上下行最大1Mbps的峰值速率,更高的速率可以支撑更丰富的物联应用,如低速视频、语音等;二是移动性,eMTC支持连接动态的移动性,物联用户可以无缝切换,保障用户体验;三是可定位,基于TDD的eMTC可以利用基站侧的PRS测量,在无需新增的GPS芯片情况下就可进行位置定位,低成本的定位技术更有利于eMTC在物流跟踪、货物跟踪等场景的普及;四是支持语音,eMTC从LTE协议演进而来,可以支持VoLTE语音,未来可应用到可穿戴设备中。
各技术标准LPWA都具有自己的差异化应用优势,除了LoRa产业链相对成熟外,其他三种LPWA的技术还处在实验或者快速建网阶段。因此,LPWA存在多个细分市场,各技术标准产业链在各优势细分应用场景中搭建自身竞争壁垒,在交叉性应用场景领域恐会有激烈竞争。

数据来源:公开资料,中恒星光整理


据GSA报告,全球有19家运营商在部署NB-IoT,预计2017年年底,NB-IoT商用网络将达到25个。欧洲和亚洲大部分已在2017年启动部署NB-IoT。北美优先推动LTE-M商用,主要是因为其4G网络部署在低频上,商用LTE-M相对更为容易。而欧洲及中国三大运营商的4G网络则建设在高频上,目前国内的三大运营商在积极部署NB-IoT。

国内运营商推进NB-IoT的条件不一,形成多个分割市场
NB-IoT技术标准冻结后,中国移动、中国联通、中国电信同时都申请了物联网频率,移动900M、电信800M、联通1800M,目前均已获批。中国电信启动800M频段,中国联通计划在2016年完成超过5个城市启动基于900MHz、1800MHz的NB-IoT外场规模组网试验及业务示范,中国移动2016年安排6亿专项用于物联网行业的芯片、模组、行业终端补贴,并制定了2020年物联网50亿 “大连接”,1000亿元收入规模的目标。
此外,国内第四大电信运营商鹏博士高调宣布部署LoRa,从2016年起联合Semtech公司在中国部署全国性的LoRa网络,并计划至少达到覆盖1亿户家庭、3亿人口的效果。

数据来源:公开资料,中恒星光整理


三家主流运营商在推进NB-IoT的条件和策略各不相同。中国电信拿到最好的800MHZ频段牌照,通过加快FDD基站建设,计划在17年上半年完成全国全网覆盖,进度最快;中国联通要在GSM 900M和LTE 1800M双线作战,计划2017年底完成覆盖;中国移动面临了两难的抉择局面,如果选择发力GSM 900M,旧基站改建进度和最终覆盖效果难以和竞争对手比拼。由于TDD LTE不支持NB-IoT技术,如果中国移动选择等待FDD牌照发放则过于被动。当然,中国移动也可以在FDD牌照发放前,先部署eMTC,最终NB-IoT和eMTC双线并行。
因此,国内将同时存在三种(NB-IoT /LoRa/eMTC)技术路径实现的LPWA,在NB-IoT领域,国内将形成三张(FDD 800M \GSM 900M\FDD 1800 M)频段各异的物联网网络。而且由于NB-IoT不支持运营商之间的漫游,所以这三张物联网还将各自割裂。在初期网络布局上,三大运营商也主要采取在其现有移动通信基站覆盖范围内升级的方式优先在主城区支持NB-IoT的做法,即使在同一家网络上也容易形成分割状态。
诚然,相比于早些年物联网只是一个概念,现在物联网已经越来越贴近人们的日常生活,被越来越多的企业乃至消费群体所接受。其中,LoRa和Sigfox 在国际市场上已被证明是重要的发展技术。NB-IoT的市场普及在各国间存在差异,但中国三大主流运营商已在积极布局NB-IoT技术。迄今为止,各种技术都还有机会,最终,哪种技术能率先占领国际/国内市场,实现大规模商用,让我们拭目以待。

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