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NB-IoT产业的现状与未来:跨过1亿出货门槛,奔向5G大连接!

搜狐IT 芯智讯 2020-04-21 09:37:57

4月16日下午,“5G NB-IoT 亿征程”线上产业峰会正式召开,华为、海思、中移物联、联通物联、天翼物联、联发科、紫光展锐、移远通信等众多NB-IoT产业链企业的负责人均参与了本次活动,并分享了对于NB-IoT行业的看法及相关案例。

什么是NB-IoT,与其他物联网技术相比有何优势?

NB-IoT(Narrow Band Internet of Things)是物联网领域基于蜂窝的窄带物联网的新兴技术,支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接,也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。

早在2014 年 5 月,华为、Vodafone 就率先提出了 NB M2M 技术,而后 2015 年 5 月又进化成 NB-CIoT,2015 年 7 月,Nokia、Ericsson、Intel 提出了 NB-LTE 技术,随后 3GPP 着手制定标准,并在 2016 年 7 月确定标准,至此 NB-IoT 正式诞生。

NB-IoT 定义了构建物联网专网的概念,NB-IoT 的具体应用场景包括:公共事业应用场景、工业领域、农业领域、消费领域等。其中公共事业应用场景即民生工程、智慧城市(水表、智能停车、智能路灯、煤气管网系统、监控、环保等)通过 NB-IoT 可有效降低成本,同时随着农业领域向集约化、高附加值化、规模化的方向发展,NB-IoT 在温度,湿度等方面可以提供低廉的监测模式,而在消费领域中,智能家居、共享单车、远程医疗以及智能穿戴可以通过 NB-IoT 来实现。

而除了NB-IoT之外,还有LoRa、SigFox和eMTC(LTE-M)等低功耗物联网技术。

低功耗物联网技术又可分为两类:一类是工作于未授权频谱的 LoRa、SigFox 等技术;另一类是工作于授权频谱下,3GPP 支持的 2/3/4G 蜂窝通信技术,如 NB-IoT、eMTC 等。

其中,LoRa WAN 是由各产业联盟共同推动的网络标准,提供开放式技术;Sigfox 则是由法国同名公司自行开发的技术,掌握核心网络的建设和营运,在全球范围内进行网络部署。LoRa 与 Sigfox 都具有长距离、低功耗的特点,可延长电池寿命,形成大范围的讯息传输,且均使用非授权的Sub-1GHz ISM 频段,不需额外付出授权费用。

相比 LoRa、SigFox 技术,NB-IoT和eMTC技术都由运营商强力推出,使用需授权的 GSM和 LTE 频段,且不需重新布建网络,只要更新软件,就能使用现有的 4G 基站和相关设备。

虽然NB-IoT和eMTC采用的是授权频谱,需要授权费用,但是其具有通信保障和不限数据传输次数的核心优势。从优势上看,NB-IoT和eMTC因为使用授权频段,干扰较小,在通讯质量和讯息安全性拥有高度的保障;而且对比 LoRa、SigFox,NB-IoT和eMTC 不限制传输数据的次数,而 LoRa 和 Sigfox 的每日传输次数都有限制,一天当中的传输时间很短,适合发挥在没有实时通讯需求的领域。

虽然NB-IoT 和 eMTC拥有很多的共同点,但是二者之间也有着很大的不同。

eMTC也是基于 LTE 演进的物联网接入技术,与 NB-IoT 一样使用的是授权频谱,但eMTC在移动性、时延和吞吐量有较大优势:时延小于100ms,最大上下行速率可达1Mbps。NB-IoT虽然时延更高,达到了10s,最大上下行速率也只有60kbps和20kbps,但是其拥有更大的接入容量,当前,NB-IoT 网络单个基站最多可接入约10万个终端设备,而eMTC只能接入数万设备。此外,NB-IoT还可以实现更低的成本、更长的续航时间。

综合来看,在数据传输速率、时延要求较低,但是对于成本和功耗要求较高的无移动性的物联网应用场景下,NB-IoT更具优势。

2/3G加速退网,NB-IoT市场将加速爆发

在移动通信市场,随着通信技术的不断升级,运营商的资本支出和运营支出也在不断的攀升,同时可以利用的频谱也越来越紧张,特别是在一些频谱需要拍卖的国家和地区,频谱资源已经变得越来越昂贵和稀缺。2G或3G网络的逐步清频退网成为了全球运营商可选择的解决方案。

从全球范围来看,自2008年之后,日本、新西兰、泰国、厄瓜多尔等国的运营商就已经开始关闭2G网络。2017年开始,全球运营商开始密集关闭2G网络:新加坡三大运营商M1、Singtel、StarHub;美国运营商AT&T、Verizon;加拿大运营商Bell、Telus和Sask Tel、澳大利亚运营商Optus、Vodafone等都相继在2017 年关停了2G网络。

而进入2018年之后,更多的运营商宣布启动2G/3G清频和退网,中国、美国、泰国、墨西哥、巴西、沙特、科威特、俄罗斯、越南等国家的主要运营商都相继宣布了2G/3G的退网时间点。

具体到国内,近几年来,国内的三大运营商就已经开始了2G/3G网络的逐步清频和退网的工作。随后在2019年10月,工业和信息化部新闻发言人、信息通信发展司司长闻库表示,我国移动通信的网络在2G/3G退网条件已经逐步成熟。显然,这也意味着国内的2G/3G网络的退网将进一步加速。

而2/3G网络的清频和退网或者是重耕,将其应用于LTE网络,将非常有利于运营商的成本控制。这也意味着将有大量的原本依托于2G网络的低速率的网络应用需要切换到NB-IoT网络上来。

根据业内的预估,按照高中低网络速率划分,蜂窝物联网连接分布大致是:高速率10%、中速率30%、低速率60%。而NB-IoT主要面向的就是60%的低速物联网市场的需求,这无疑是一个巨大的市场机会。

紫光展锐工业物联网副总裁鲜苗也表示,随着2G网络的加速退网,2G GSM物联网模组出货巅峰也将过去。根据IHS的数据显示,2019年2G物联网模组出货达到了约2.3亿个的峰值,2020年将开始加速下滑,但是未来几年内的保有量和出货量仍然很巨大。显然,这些2G物联网用户需要运营商提供一个好的网络来进行平滑迁移,NB-IoT无疑将是一个极佳的选择。

根据Berg Insight的预测,2020年全球蜂窝物联网设备出货将超过16亿台,其中NB-IoT设备占比接近30%。预计到2023年,全球LPWAN(低功耗广域网)设备将超过20亿台,其中基于NB-IoT设备占比将超过一半。足见未来NB-IoT市场前景之广阔,发展速度之快。

NB-IoT产业发展现状

虽然eMTC和NB-IoT同样是差不多同一时间段发展出来的基于蜂窝网络的低功耗物联网技术,并且eMTC具有传输速率更高、低延时、支持移动性、支持VoLTE语音通信等优势,但是却并未得到广泛的应用,再加上运营商固有的3G网络的存在,使得相互之间,在一定程度上也存在着相互可替代性,这对eMTC的发展形成了一定的阻碍。相比之下,NB-IoT在低功耗、低成本、深度覆盖方面的优势似乎更受运营商和用户的青睐,因而发展的也更快。

1、三大运营商的NB-IoT布局

根据中国电信公布的数据显示,截止2019年,全球71个国家投资建设了129张移动物联网,其中93张均为NB-IoT网络。

而移远通信公布的截止2020年2月的数据显示,目前全球运营商部署的低功耗广域网的部署当中,NB-IoT网络达到了104张,eMTC网络仅有47张。

具体到国内运营商对于NB-IoT部署来看,据天翼物联解决方案部负责人陈建华介绍,目前中国电信已经率先打造了全球最大的NB-IoT网络,中国电信旗下41万个LTE 800MHz基站全部升级开通了NB-IoT网络,实现了包括偏远山区在内的全国覆盖,整体覆盖率达到了97.84%。2019年9月,中国电信智慧燃气成为了首个突破千万出货的NB-IoT行业应用。

△天翼物联解决方案部负责人陈建华

中移物联网集成电路创新中心总经理肖青表示,目前中移物联已经汇聚了1500家NB-IoT领域的合作伙伴,覆盖了27个行业领域,8大产业领域,形成了超过340个行业解决方案。助力12个行业693家客户接入NB-IoT网络,自研的NB-IoT模组出货超过了1200万片。

△中移物联网集成电路创新中心总经理肖青

△中移物联的One MO NB-IoT模组累计出货超1200万片

相比中国电信和中国移动对于NB-IoT的大力部署和推动,中国联通则显得不够积极。据联通物联网公司首席产品官李凯则透露,目前中国联通的NB-IoT网络主要依托于8个核心城市节点来推动实现全国性的网络覆盖。

△据联通物联网公司首席产品官李凯

在NB-IoT网络资费方面,国内三家运营商 NB-IoT 业务的标准资费大体相当,普遍价格在20元/户/年左右,并会根据用户的在网时长和项目规模等给予一定的折扣。

由于NB-IoT 在网络层投入和维护的成本较低,可以在现有 LTE 网络的基础上进行升级改造,且国内 4G 基站覆盖率较高。故而对于运营商而言,NB-IoT 由于是在搭载4G 网络基础上的,因此利润率会比4G更高。

2、芯片厂商纷纷入局

对于NB-IoT产业的发展来说,芯片及模组的性能和成本是至关重要的一个因素。目前NB-IoT供应商主要有华为海思、高通、紫光展锐、中兴微电子等。在本次会议上,华为海思和紫光展锐还介绍其即将推出的最新的NB-IoT芯片。

作为NB-IoT标准的参与制定者,华为海思一直在不遗余力的力推NB-IoT芯片。2017年6月华为的首款基于 3GPP R13 标准的NB-IoT芯片Boudica 120芯片就实现了量产出货,由ublox、移远合作提供NB-IoT商用模组。随后,华为在2018年又推出了基于3GPP R14标准的NB-IoT 芯片Boudica 150,相比此前的Boudica 120功能更强、功耗更低。

在本次的会议上,据上海海思技术有限公司智慧物联网芯片负责人杨国兴透露,截止目前,海思Boudica 120/150系列NB SoC芯片累计出货超5000万片,已服务于全球50多个国家和地区的70多家运营商。

此外,杨国兴还介绍了海思即将推出的3GPP R15/16标准的更先进的 NB-IoT芯片Boudica 200。

据介绍,Boudica 200主要拥有六大亮点和优势:1、拥有更低的功耗,休眠和RX态功耗降低了50%;2、更高的集成度,BoM数量减少了50%;3、海思的千万级终端行业数据,可以使得海思能够更好对于方案进行优化,提升性能、降低功耗;4、拥有独立的安全子系统,全面提升了安全能力,同时集成了SIM功能,降低了整机成本;5、集成了BLE5.0,近端维护、测试更方便,同时集成了GNSS,可以低成本使用定位应用;6、将支持5G 3GPP R15/16标准,在时延、功耗、覆盖等性能上更优。

杨国兴表示,Boudica 200芯片将于今年6月开始支持α客户启动Design-In,今年四季度可商用发货,将赋能10亿LPWAN连接。

同样作为NB-IoT标准的参与制定者,高通的策略则与华为海思不同。在高通看来,在当时物联网发展仍有很大不确定性的情况下,推出多模的兼容多种物联网技术的芯片无疑是更为保稳的做法。因此,在2016年,高通就推出了推出了支持eMTC/NB-IoT/GSM的多模物联网芯片MDM9206,同时集成的射频可以支持15个LTE频段,基本可以覆盖全球大部分区域。不过,这也使得其成本也相对较高。

另外,紫光展锐旗下的锐迪科2017年也推出了2G、NB-IoT双模物联网芯片RDA8908(春藤8908),随后在2018年,又推出了春藤8908。在本次会议上,紫光展锐工业物联网副总裁鲜苗还介绍了即将于今年8月推出的最新NB-IoT芯片春藤8811。

据介绍,春藤8811将支持最新的3GPP R15/16标准,同时还将支持TEE+PSA安全规范,还支持Open MCU设计。不过,更为详细的细节展锐方便并未介绍。

除了以上介绍的高通、华为海思、展锐的NB-IoT芯片之外,还有中兴微电子的Wisefone7100、联发科的MT2625/2621等。

值得一提的是,在本次峰会上,据联发科资深NB芯片规划官苏维堃透露,联发科的R13标准的NB IoT芯片在与华为基站的应用联合实网测试中,在车载追踪场景实测中取得了非常不错的成绩。

前面我们有提到,基于R13标准的NB-IoT主要适用于非移动的低速率、低功耗、时延要求不高的场景,并不适用于移动、低时延的场景。但是,联发科经过对其NB-IoT芯片的优化之后,实现了在车载追踪的移动场景下的应用,平均时延只需22%-39%的时间。

3、NB-IoT模组价格已降至20元以内

从NB-IoT模组的价格走势来看,仅在 2017-2019 年间,模组价格就从 20 美金降到 5 美金。这其中除了芯片及模组厂商的努力之外,也与运营商力推和高额的补贴密不可分。

在行业发展早期,运营商相继发布通信模组补贴政策,2017 年 10 月中国电信开启“宇宙级第一标”,给出了 30 元/块的优厚补贴,使得补贴后模组价格低至 36 元/块;随后,2017年 11 月,中国移动在全球合作伙伴大会上公布了 NB-IoT 10 亿元补贴模组计划,单个模组补贴金额为 46 元-29 元,直接带动模组出货量快速提升。

根据 2019 年中国 NB-IoT 产业发展大会上中国 NB-IoT 产业联盟秘书长解运洲表示,预计2020 年 NB 模组价格进一步降至 3 美金(约合人民币21元),与 2G 模组持平。而在本次的产业峰会上,众多嘉宾一致表示NB-IoT模组价格已经可以控制在20元以内,甚至有些报价已经只有十多块。更低的成本可以让NB-IoT 行业应用进入快速发展期。

4、中国NB-IoT用户量突破1亿

在NB-IoT用户量和行业应用方面,根据华为分享的数据显示,截止2020年1月,全球NB-IoT用户突破1亿,2020年2月中国的NB-IoT用户突破1亿。显然,中国的NB-IoT用户量占据了全球非常大的比例。另外,全球NB-IoT用户从200万发展到第一个3000万,用了12个月,而随后增加到6000万,仅用了8个月的时间,增长到9000万所用的时间,更是进一步缩短到了4个月。NB-IoT网络用后的发展速度远超2/3/4G网络。

华为中国运营商业务部副总裁杨涛表示,“昨天,NB-IoT已经进入了4千万个行业,特别是在智慧气表、智慧水表领域均已经实现了1000万的出货量,在智慧电动车、智慧消防领域出货也都达到了600万。另外在门锁、热表、路灯等领域也已实现百万级规模出货。今天,NB-IoT正在帮助智慧家庭、智慧工厂、消费电子、物流追踪等领域加速智能化。明天,NB-IoT将孵化100种应用场景。通过物+云+用融合,运营商与行业客户达成共同商业成功。”

另据移远通信副总经理孙延明介绍,目前移远通信的NB-IoT模组出货已超3500万块,其中70%是在国内市场,海外市场占比只有30%。

5G 时代,NB-IoT持续演进

在物联网时代,NB-IoT 将是低功耗广域物联网的主要技术标准之一。标准化对于物联网的进一步普及有着重大意义,目前NB-IoT的标准正在持续演进,而随着5G时代的来临,NB-IoT的标准也将纳入5G。

此前NB-IoT大多是基于3GPP R13版本,去年开始不少也已开始升级到了R14版本,不仅上下行速率有了5-7倍的提升,同时多载波性能也得到了增强,并发能力也提升了2-8倍,MR测量上报,覆盖也可视化,覆盖也进一步得到了增强,QoS差异化业务增强。

随着今年5G的规模化商用,接下来5G业务三大场景之一的大连接物联网(mMTC)的推进也正在加速,这也是NB-IoT 技术持续演进的方向。

当前 NB-IoT 在 R15 版本能够支持 NB-IoT 和 5G NR 空口共存,R16版本将支持 NB-IoT 接入 5G 核心网络。2019 年 7 月,3GPP 正式向 ITU-R(国际电信联盟)提交 5G 候选技术标准提案,NB-IoT技术被正式纳入 5G 候选技术集合,作为 5G 的组成部分与 NR 联合提交至 ITU-R。而根据最新的信息显示,2020年6月,NB-IoT 将正式成为 ITU 5G 标准,NB-IoT 标准化的持续演进将推动物联网发展。

华为中国运营商业务部副总裁杨涛也表示,华为公司的NB战略也正是持续投资芯片+网络+平台,推动NB-IoT平滑演进进入5G。而海思即将推出的Boudica200也正是为此而生,其将于3GPP最新的R15/16版本,可支撑未来的10亿级连接。

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