核心摘要：
概況：LPWA技術(shù)是一種無線通信技術(shù)，主流的LPWA技術(shù)有NB-IOT、eMTC、Sigfox與LoRa。NB-IOT由通信行業(yè)最具權(quán)威的標準化組織3GPP制定并由國際電信聯(lián)盟ITU批準，屬于國際標準;Sigfox與LoRa核心技術(shù)分別掌握在法國Sigfox與美國Semtech公司手中，屬于企業(yè)私有技術(shù)。
現(xiàn)狀：LPWA技術(shù)主要以文本類業(yè)務(wù)為主，適用于低速率，低功耗，廣覆蓋及大連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景。目前國內(nèi)已形成NB-IOT與LoRa兩大技術(shù)陣營，國家政策頻繁落地大力推動NB-IOT的發(fā)展，對LoRa持觀望態(tài)度。LPWA技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用仍處于試點和推廣階段，NB-IOT與LoRa主要聚焦于智能表計，智慧樓宇等應(yīng)用場景，重疊嚴重。
競爭：相較于LoRa，NB-IOT更適合數(shù)據(jù)量大且通信頻繁的應(yīng)用場景。NB-IOT屬于運營商網(wǎng)絡(luò)更適合地域分布廣泛且具有移動屬性的分散型應(yīng)用場景，LoRa可實現(xiàn)靈活部署能更好的滿足終端較為集中的行業(yè)性應(yīng)用需求。因設(shè)計理念及實現(xiàn)方式不同，無線通信技術(shù)特性各異，部署網(wǎng)絡(luò)時需根據(jù)具體的應(yīng)用場景需求選擇合適的通信技術(shù)。
趨勢：從應(yīng)用場景需求角度分析，預(yù)計到2025年NB-IOT與LoRa在國內(nèi)的發(fā)展趨于6:4的格局。相較于LoRa，NB-IOT發(fā)展時間短，產(chǎn)品穩(wěn)定性差，網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋和深度覆蓋不足，預(yù)計需要兩年時間進行技術(shù)完善及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化才能真正發(fā)揮出優(yōu)勢，而這段時間市場需求會推動相對更成熟的LoRa向更多應(yīng)用方向發(fā)展。
▌LPWA技術(shù)背景介紹
物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求催生LPWA技術(shù)
人聯(lián)網(wǎng)主要的終端設(shè)備是手機。圖片的清晰度，視頻及游戲的流暢性主要受限于速率和時延，所以對高速率和低時延的執(zhí)著追求驅(qū)動著無線通信技術(shù)的更新?lián)Q代。但隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展與應(yīng)用場景的多元化，終端設(shè)備種類變得復(fù)雜多樣，現(xiàn)有的無線通信技術(shù)無法滿足物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求。
自動駕駛與遠程醫(yī)療類應(yīng)用場景的良好體驗需要比4G更高速率，更低時延及更高可靠性的通信技術(shù)支撐，而低速率業(yè)務(wù)的終端往往分布廣泛，數(shù)量巨大，安裝環(huán)境常常不具備外部供電條件且單個終端通信頻次少，目前承載低速率業(yè)務(wù)的2G網(wǎng)絡(luò)功耗高且單小區(qū)接入設(shè)備量少導(dǎo)致成本較高阻礙了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。
為解決這一系列問題，無線通信技術(shù)在向高速率，低時延及高可靠性發(fā)展的同時，也在向低速率、低功耗、遠距離與大連接方向演變，低功耗廣域LPWA( Low-Power Wide-Area )技術(shù)應(yīng)運而生。
▌LPWA技術(shù)發(fā)展歷程
NB-IOT是國際標準，Sigfox與LoRa是私有技術(shù)
LPWA技術(shù)是專為低速率，低功耗，廣覆蓋及大連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景而設(shè)計，目前主流的LPWA技術(shù)有NB-IOT( Narrow Band Internet of Things )、eMTC、LoRa(long range)和sigfox。eMTC被看做是國際標準LTE技術(shù)(4G)的一種特性，相較于其它三種技術(shù)能提供更高的速率與更強的移動性支撐; NB-IOT由通信行業(yè)最具權(quán)威的標準化組織3GPP制定，并由國際電信聯(lián)盟ITU批準，屬于國際標準;Sigfox與LoRa的核心技術(shù)分別掌握在法國Sigfox與美國Semtech公司手中，屬于企業(yè)私有技術(shù)。
▌LPWA技術(shù)的“朋友圈”
LPWA技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)之一
物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)按照覆蓋距離劃分，大致可以分為兩類：一類是短距離通信技術(shù)，包括藍牙(Bluetooth)，Zigbee，WIFI，NFC，目前主要應(yīng)用于室內(nèi)智能家居，消費電子等場景;第二類是遠距離通信技術(shù),包括蜂窩通信技術(shù)2G/3G/4G/5G及LPWA技術(shù)LoRa，Sigfox，而eMTC和NB-IOT既屬于蜂窩通信技術(shù)，又屬于LPWA技術(shù)。
▌無線通信技術(shù)關(guān)鍵指標對比
LPWA技術(shù)特點：低功耗、低速率、廣覆蓋、大連接
目前廣域物聯(lián)網(wǎng)高速率業(yè)務(wù)主要由4G網(wǎng)絡(luò)承載，低速率的業(yè)務(wù)由2G網(wǎng)絡(luò)承載，但是2G網(wǎng)絡(luò)功耗高，單小區(qū)接入量小導(dǎo)致成本無法降低，阻礙了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。LPWA技術(shù)專為低速率、低功耗、廣覆蓋與大連接的應(yīng)用場景而設(shè)計，終端電池壽命可達10年，單小區(qū)最大可支持接入10W臺設(shè)備，是2G網(wǎng)絡(luò)單小區(qū)接入量的幾百倍，在郊區(qū)空曠的環(huán)境理論覆蓋距離可達20km，在實際復(fù)雜的無線環(huán)境中可達5km。
▌全球LPWA技術(shù)連接量占比
2025年全球LPWA技術(shù)連接量占廣域物聯(lián)網(wǎng)總連接量的45%
物聯(lián)網(wǎng)是一種融合的技術(shù)，之前受限于傳感器及通信技術(shù)瓶頸發(fā)展緩慢，近兩年技術(shù)得以突破，物聯(lián)網(wǎng)進入高速發(fā)展的快車道，連接量會呈現(xiàn)井噴狀態(tài)。預(yù)計到2025年全球物聯(lián)網(wǎng)總連接量將達到270億，其中72%的連接將使用短距離通信技術(shù)，LPWA技術(shù)連接量占比將達到11%。因成本低，終端功耗低，網(wǎng)絡(luò)易部署等優(yōu)點，預(yù)計到2025年廣域物聯(lián)網(wǎng)連接量中45%將使用LPWA。
▌國家政策頻發(fā)推動物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
國家大力支持NB-IOT發(fā)展，對LoRa持觀望態(tài)度
自2011年以來國家政策頻發(fā)不斷推動物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，“十二五”期間，國務(wù)院和各部委相繼出臺政策，物聯(lián)網(wǎng)頂層設(shè)計不斷完善，“ 十三五”時期，物聯(lián)網(wǎng)依然是信息化發(fā)展中的重要一環(huán)，自2016年下半年以來物聯(lián)網(wǎng)政策頻繁落地，我國物聯(lián)網(wǎng)已駛向高速發(fā)展的快車道。
2017年6月工信部印發(fā)《關(guān)于全面推進移動物聯(lián)網(wǎng)(NB-IOT)建設(shè)發(fā)展通知》，明確要求到2017年末，實現(xiàn)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)覆蓋直轄市、省會城市等主要城市，基站規(guī)模達到40萬個，到2020年，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)全國普遍覆蓋，面向室內(nèi)、交通路網(wǎng)、地下管網(wǎng)等應(yīng)用場景實現(xiàn)深度覆蓋，基站規(guī)模達到150萬個，可見國家要大力發(fā)展NB-IOT的決心，相反自中興引入LoRa以來國家一直持觀望態(tài)度。2017年12月工信部印發(fā)《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)對LoRa在國內(nèi)所使用的頻段進行了限制，但目前該要求未正式實施。
▌國內(nèi)已形成NB-IOT與LoRa兩大陣營
運營商加快NB-IOT基站建設(shè)，多地陸續(xù)開始部署LoRa網(wǎng)絡(luò)
國家政策保駕護航，三大運營商積極部署，目前NB-IOT網(wǎng)絡(luò)已基本實現(xiàn)全國覆蓋，但網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量有待提升。從總體來看，電信建設(shè)進度領(lǐng)跑聯(lián)通與移動，在2017年底開通30萬個基站率先完成第一張NB-IOT網(wǎng)絡(luò)，因移動只有部分基站支持升級實現(xiàn)NB-IOT功能，大部分區(qū)域要新建基站，建設(shè)進度最慢。為滿足工信部2020年建設(shè)150萬個NB-IOT基站的要求，三大運營商要加快建設(shè)步伐。2016年中興與近20家廠商共同發(fā)起中國LoRa應(yīng)用聯(lián)盟，2017年底國內(nèi)已建設(shè)16個私有網(wǎng)絡(luò)試點共計1732個網(wǎng)關(guān)，2018年廣電，鐵塔及互聯(lián)網(wǎng)巨頭騰訊，阿里紛紛加入LoRa應(yīng)用聯(lián)盟共同推動產(chǎn)業(yè)生態(tài)的發(fā)展。目前阿里與聯(lián)通在杭州及寧波建設(shè)的LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)已具備商用條件，國內(nèi)其它地區(qū)已陸續(xù)開始小范圍的LoRa網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。
▌NB-IOT與LoRa促進物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展
犧牲速率與時延滿足更多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景需求
NB-IOT與LoRa主要是以速率與時延為代價來滿足低功耗、低成本、廣覆蓋與大連接的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景需求，目前此類場景需求迫切且連接量巨大，因此NB-IOT與LoRa技術(shù)的出現(xiàn)能滿足更多的物聯(lián)網(wǎng)場景需求從而極大的促進物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。以下具體講解NB-IOT技術(shù)是如何實現(xiàn)低功耗、低成本、廣覆蓋與大接連的。
▌國內(nèi)LPWA技術(shù)應(yīng)用場景
目前智能表計是國內(nèi)LPWA技術(shù)連接量增長最快的應(yīng)用場景
國內(nèi)LPWA技術(shù)主要聚焦于智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市、公共事業(yè)領(lǐng)域的智能表計、共享單車、智慧照明、智能煙感等應(yīng)用場景且NB-IOT與LoRa已落地應(yīng)用場景重疊率很高，LPWA技術(shù)的應(yīng)用空間尚未完全打開，兩種技術(shù)的推動者需加大力度拓展其創(chuàng)新應(yīng)用場景。智能表計作為公共事業(yè)領(lǐng)域主要的應(yīng)用場景，水/電/燃氣表數(shù)量巨大，智能化改造需求迫切，目前是LPWA技術(shù)的主要應(yīng)用場景，根據(jù)中國移動數(shù)據(jù)顯示，智能表計是NB-IOT連接量中增長最快的領(lǐng)域，占NB-IOT總連接量的42%。
▌LPWA技術(shù)關(guān)鍵指標對比
從理論值來看NB-IOT性能具備較大優(yōu)勢
前文講到目前主流的LPWA技術(shù)有Sigfox，LoRa，NB-IOT與eMTC，相較于前三者eMTC速率較高，功耗較大，適用于中速率且對功率沒有太敏感的業(yè)務(wù)，對于低速率，廣覆蓋，低成本，低功耗類業(yè)務(wù)，主要競爭在前三者之間，本文主要對前三者的關(guān)鍵指標進行對比,從理論值來看NB-IOT性能具備較大優(yōu)勢。
▌工作頻段和服務(wù)質(zhì)量
NB-IOT工作在授權(quán)頻段能提供更高的服務(wù)質(zhì)量
無線電頻譜即無線電波，是介于3HZ到30GHZ之間的電磁波，是一種有限不可再生資源，為避免各國無線電磁波帶來的有害干擾，全球無線電頻譜由國際電信聯(lián)盟(ITU)統(tǒng)一分配和管理。目前世界各國政府都將頻譜列為國家所有，監(jiān)管且有償使用，在我國使用者需要向無線電管理機構(gòu)申請，獲得批準后才可使用，即授權(quán)頻段。每個國家也會免費開放一段頻譜給工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)三個主要機構(gòu)使用，稱之為ISM(IndustrialScientific Medical) 頻段，即非授權(quán)頻段。
▌頻譜利用率與終端功耗
NB-IOT比LoRa更適合高速率且通信頻繁的應(yīng)用場景
NB-IOT與LoRa設(shè)計理念與實現(xiàn)傳輸?shù)姆绞讲煌瑢?dǎo)致通信能力有所差異。LoRa是專為低功耗而設(shè)計，采用異步傳輸方式，終端不需要實時與基站保持同步從而降低了終端功耗，但每次通信需要攜帶同步信號因此增加了頻率資源開銷導(dǎo)致頻率利用率低;NB-IOT是基于4G的蜂窩通信技術(shù)，最初的設(shè)計理念是最優(yōu)的頻率利用率以提升傳輸速率，采用同步傳輸方式，通信時不需要攜帶同步信號從而減小頻率開銷提升了頻譜利用率，但需要實時與基站保持同步增大了終端功耗。因NB-IOT有較高的頻譜利用率，故能提供比LoRa更高的傳輸速率，如前文分析NB-IOT上行峰速的理論值是LoRa的5倍。
在不需要通信時終端會進入休眠狀態(tài)以降低功耗，基站只能在終端蘇醒時才能下發(fā)命令導(dǎo)致下行時延高，為滿足不同場景對通信頻次的需求，LoRaWAN定義了ClassA、ClassB、ClassC三種終端工作模式，休眠期依次遞減，功耗依次遞增;NB-IOT規(guī)定了PSM,eDRX及DRX三種工作模式，功能與LoRa的三種終端工作模式類似，通過休眠來降低功耗，但在性能方面NB-IOT能提供更小的下行時延，相較于LoRa更合適頻繁通信的應(yīng)用場景。
▌網(wǎng)絡(luò)部署與商業(yè)模式
建網(wǎng)資格和建設(shè)成本決定了NB-IOT與LoRa商業(yè)模式不同
從建設(shè)資格來講，因受限于網(wǎng)絡(luò)運營牌照和業(yè)務(wù)許可，只有運營商有資格在全國建設(shè)一張NB-IOT網(wǎng)絡(luò)并運營，國內(nèi)暫時沒有一家企業(yè)具備在全國建設(shè)一張LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)并運營的資格與能力，目前企業(yè)不需要申請就可以在小范圍內(nèi)部署私人LoRa網(wǎng)絡(luò)，若規(guī)模部署需要獲得政府許可。從建設(shè)成本來講，NB-IOT是基于4G的窄帶蜂窩技術(shù)，無論是升級改造還是獨立部署都需要高昂的成本支撐，LoRa網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡單，根據(jù)功能和性能不同網(wǎng)關(guān)(基站)價格差異較大，但大多集中在萬元以下，企業(yè)可實現(xiàn)靈活部署，因此整體來看NB-IOT是先建網(wǎng)后應(yīng)用，LoRa是按需部署網(wǎng)絡(luò)。
▌LPWAN已形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈
LoRa芯片封閉不利于產(chǎn)業(yè)生態(tài)的發(fā)展
物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的共同努力，要依靠各環(huán)節(jié)龍頭企業(yè)大力推動，雖然NB-IOT起步比LoRa晚，但自2016年6月NB-IOT標準凍結(jié)后，國內(nèi)外企業(yè)積極加入共筑NB-IOT產(chǎn)業(yè)生態(tài)，目前兩者皆已形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。
從整體來看，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)均呈百花齊放之態(tài)，唯有LoRa芯片市場集中度極高，semtch一家占據(jù)了90%的份額。前文講到LoRa核心技術(shù)掌握在semtech公司手中，主要采用晶圓授權(quán)和IP授權(quán)開放給其他公司，只有得到IP授權(quán)的公司才能在IP基礎(chǔ)上按照市場需求進行深入研發(fā)，今年9月份阿里巴巴成為繼意法半導(dǎo)體之后第二家被semtech IP授權(quán)的公司,技術(shù)封閉不利于LoRa產(chǎn)業(yè)生態(tài)的發(fā)展，不利于在競爭激烈環(huán)境中的推廣。相信未來semtech會逐漸放開IP授權(quán)，完善LoRa產(chǎn)業(yè)鏈。
▌LPWA技術(shù)七大應(yīng)用領(lǐng)域
2025年消費與醫(yī)療將成為LPWA技術(shù)最大的應(yīng)用領(lǐng)域
LPWA技術(shù)可以滿足不同的應(yīng)用場景需求，按照應(yīng)用領(lǐng)域劃分可將其主要應(yīng)用場景細分為公共事業(yè)，消費與醫(yī)療，智慧工業(yè)，智慧樓宇，農(nóng)業(yè)與環(huán)境，智慧物流與智慧城市七大垂直市場。前文講到目前LPWA技術(shù)主要聚焦于公共事業(yè)與智慧城市，智慧樓宇等領(lǐng)域中的少量應(yīng)用場景，預(yù)計到2025年消費與醫(yī)療將成為LPWA技術(shù)最大的應(yīng)用領(lǐng)域。
▌NB-IOT與LoRa應(yīng)用場景分析
應(yīng)用服務(wù)商需根據(jù)應(yīng)用場景需求選擇合適的通信技術(shù)
LPWA應(yīng)用場景按照終端移動性及分散程度可劃分為終端靜止且較為集中的行業(yè)性應(yīng)用與終端有移動性且地域分布較廣的分散型應(yīng)用兩類，對于前者兩種技術(shù)均能滿足要求，但對于后者前文講到因受限于資質(zhì)等因素LoRa在國內(nèi)不具備建設(shè)成公網(wǎng)在全國運營的條件，若企業(yè)自建網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)連片覆蓋成本較高，因此NB-IOT更適合后者應(yīng)用。因設(shè)計理念及實現(xiàn)方式不同，無線通信技術(shù)特性各異，部署網(wǎng)絡(luò)時需根據(jù)具體的應(yīng)用場景需求選擇合適的通信技術(shù)。
▌國內(nèi)LPWA技術(shù)的發(fā)展趨勢
NB-IOT為主，LoRa為輔，共同促進LPWA技術(shù)發(fā)展
萬物互聯(lián)將帶來百億級連接，正如前文所講LPWA技術(shù)作為廣域物聯(lián)網(wǎng)的主力主要應(yīng)用于七大垂直領(lǐng)域，應(yīng)用場景具有極強的差異性且行業(yè)特征明顯，單一技術(shù)不能滿足所有的場景需求，目前國內(nèi)NB-IOT與LoRa已落地場景重疊嚴重競爭激烈，未來兩種技術(shù)必定在競合之間找到各自定位最終呈現(xiàn)以NB-IOT為主LoRa為輔協(xié)同發(fā)展的局面，而周期的長短取決于兩種技術(shù)的推動者認識到以場景需求驅(qū)動技術(shù)發(fā)展重要性的速度，在這個相互融合的過程中服務(wù)提供商是否能立足于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和技術(shù)本身的特性，按照實際應(yīng)用場景需求，有針對性的制定解決方案也是縮短該周期的關(guān)鍵。前文基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及應(yīng)用場景需求對LPWA技術(shù)七大應(yīng)用領(lǐng)域進行了技術(shù)選擇分析，根據(jù)NB-IOT與LoRa應(yīng)用領(lǐng)域的連接量進行預(yù)測，預(yù)計到2025年NB-IOT與LoRa在國內(nèi)的發(fā)展趨于6:4的格局。
▌國內(nèi)NB-IOT需要在發(fā)展中不斷完善
NB-IOT自我完善期間給與LoRa更多發(fā)展機會
正如前文分析，自2016年6月NB-IOT標準凍結(jié)以來，在國家政策支持及運營商積極推動下，國內(nèi)NB-IOT發(fā)展呈一片繁榮之態(tài)，上下游產(chǎn)業(yè)鏈初步形成，網(wǎng)絡(luò)已實現(xiàn)全國覆蓋，在高額補貼的刺激下應(yīng)用種類與連接量也突飛猛進，貌似已超越LoRa發(fā)展多年的積累，雖然從技術(shù)本身NB-IOT具有較大優(yōu)勢，但與LoRa相比發(fā)展時間短，產(chǎn)品穩(wěn)定性差，網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋和深度覆蓋不足，類比移動4G網(wǎng)絡(luò)耗費近4年時間才被打造成一張精品網(wǎng)，NB-IOT雖不需打造一張精品網(wǎng)，但依然需要約兩年時間進行技術(shù)完善及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化才能真正發(fā)揮出優(yōu)勢，而在這段時間網(wǎng)絡(luò)及產(chǎn)品的不穩(wěn)定性在一定程度上影響了NB-IOT的應(yīng)用推廣，同時市場需求會推動相對更成熟的LoRa向更多應(yīng)用方向發(fā)展，換句話說近兩年LoRa的發(fā)展直接影響其在中國LPWAN的占比。
數(shù)字化要一盤棋更要各自為戰(zhàn)
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