一文讀懂NB-IoT 的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)和前景

如今，“萬物互聯(lián)”的時代帷幕已被物聯(lián)網(wǎng)悄然拉開。

“萬物互聯(lián)”時代，首先要解決“物”與“網(wǎng)”的連接問題，所以“連接技術”決定了物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的走向。為滿足物聯(lián)網(wǎng)設備的連接需求，LPWAN（Low Power Wide Area Network，低功耗廣域網(wǎng)）應運而生。LPWAN 專為低帶寬、低功耗、遠距離、大量連接的物聯(lián)網(wǎng)應用而設計。

物聯(lián)網(wǎng)連接技術的世界從來沒有霸主一統(tǒng)江湖。

以LoRa 為代表的非授權頻段物聯(lián)網(wǎng)和以 NB-IoT 為代表的授權頻段物聯(lián)網(wǎng)，各自攻城略地。

筆者在上一篇文章《物聯(lián)網(wǎng)中的 LoRa，到底是個什么鬼？》中對 LoRa 技術進行了介紹，本篇文章就來了解一下 NB-IoT 的相關情況。

NB-IoT 知多少？

NB-IoT 是指窄帶物聯(lián)網(wǎng)(Narrow Band Internet of Things)技術，是一種低功耗廣域(LPWA)網(wǎng)絡技術標準，基于蜂窩技術，用于連接使用無線蜂窩網(wǎng)絡的各種智能傳感器和設備，聚焦于低功耗廣覆蓋(LPWA)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)市場，是一種可在全球范圍內(nèi)廣泛應用的新興技術。

NB-IoT 技術可以理解為是 LTE 技術的“簡化版”，NB-IoT 網(wǎng)絡是基于現(xiàn)有 LTE 網(wǎng)絡進行改造得來的。

LTE 網(wǎng)絡為“人”服務，為手機服務，為消費互聯(lián)網(wǎng)服務；而 NB-IoT 網(wǎng)絡為“物”服務，為物聯(lián)網(wǎng)終端服務，為產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)）服務。

NB-IoT 使用 License 頻段，可直接部署于 GSM 網(wǎng)絡、UMTS 網(wǎng)絡或 LTE 網(wǎng)絡，與現(xiàn)有網(wǎng)絡共存，以降低部署成本、實現(xiàn)平滑升級。

NB-IoT 的特點

低功耗

低功耗特性是物聯(lián)網(wǎng)應用一項重要指標，特別對于一些不能經(jīng)常更換電池的設備和場合。NB-IoT 聚焦小數(shù)據(jù)量、小速率應用，因此 NB-IoT 設備功耗可以做到非常小，設備續(xù)航時間可以從過去的幾個月大幅提升到幾年。

低成本

NB-IoT 是基于 LTE 網(wǎng)絡的技術，所以在現(xiàn)網(wǎng) LTE 網(wǎng)絡的基礎上進行改造，就可以很快組網(wǎng)，很快擴大覆蓋。目前各大運營商仍在大力推動 LTE 網(wǎng)絡建設，也有利于 NB-IoT 的覆蓋改善。

強連接

在同一基站的情況下，NB-IoT 可以比現(xiàn)有無線技術提供 50-100 倍的接入數(shù)。一個扇區(qū)能夠支持 10 萬個連接，支持低延時敏感度、超低的設備成本、低設備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡架構。在一個不太大的空間，放置更多設備而互相又不會有干擾，NB-IoT 足以輕松滿足未來智慧家庭中大量設備聯(lián)網(wǎng)需求。

廣覆蓋

NB-IoT 室內(nèi)覆蓋能力強，比 LTE 提升 20dB 增益，相當于提升了 100 倍覆蓋區(qū)域能力。不僅可以滿足農(nóng)村這樣的廣覆蓋需求，對于廠區(qū)、地下車庫、井蓋這類對深度覆蓋有要求的應用同樣適用。

NB-IoT 發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

在過去這幾年，NB-IoT 是當之無愧的行業(yè)網(wǎng)紅，備受追捧。三大運營商拼命推動它的商用落地，政府出臺了各項文件政策給它鋪路，設備商們更是不遺余力地進行宣傳造勢。

來回顧一下 NB-IoT 的發(fā)展歷程：2013 年，業(yè)內(nèi)相關廠商、運營商展開窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，起名為 LTE-M；2014 年由沃達豐、中國移動、Orange、意大利電信、華為、諾基亞等公司支持的 LTE-M 在 3GPP GERAN 工作組立項，被重新命名為 Cellular IoT；2015 年，華為和高通共同宣布了 NB-CIoT 方案；同年 8 月，愛立信聯(lián)合幾家公司提出了 NB-LTE 概念；2015 年 9 月，NB-CIoT 和 NB-LTE 兩個技術方案進行融合，NB-IoT 正式誕生。

NB-IoT 從 2015 年 9 月 3GPP 在 RAN 全會達成一致以后，得到全球大多數(shù)的運營商、通訊設備廠商、芯片廠商、終端廠商的支持和響應，這標志著世界范圍的物聯(lián)網(wǎng)通信標準已經(jīng)產(chǎn)生，并將為整個產(chǎn)業(yè)鏈帶來巨大商機。

業(yè)內(nèi)人士認為，2016 年是 NB-IoT 商用元年。如同過去十幾年移動互聯(lián)網(wǎng)渴望 4G 時代的到來一樣，如今的物聯(lián)網(wǎng)也無比渴望著一個深度覆蓋強大的 NB-IoT 蜂窩物聯(lián)網(wǎng)基礎網(wǎng)。事實上，2016 年 6 月才首次完成標準化工作的 NB-IoT 到現(xiàn)在僅僅三年多的時間，飛速發(fā)展的 NB-IoT 就走完了 2G 窄帶物聯(lián)網(wǎng)用了很多年才走完的路。

政策方面，在 2017 年 6 月，工信部發(fā)布了《關于全面推進移動物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)建設發(fā)展的通知》，通知要求：一是加強 NB-IoT 標準與技術研究，打造完整產(chǎn)業(yè)體系；二是推廣 NB-IoT 在細分領域的應用，逐步形成規(guī)模應用體系；三是優(yōu)化 NB-IoT 應用政策環(huán)境，創(chuàng)造良好可持續(xù)發(fā)展條件。

為了配合產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，引爆新的經(jīng)濟增長點，運營商以 NB-IoT 物聯(lián)網(wǎng)為突破口，開啟一次次大規(guī)模的 NB-IoT 模塊招標來加速 NB-IoT 應用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。然而，此舉催生了一場模塊廠商在價格方面的激烈競爭，短短幾年間，模塊價格從 70 元人民幣下降到 20 元，NB-IoT 芯片價格從 5 美金殺到 2 個美金以下，市場情形慘烈。

從市場數(shù)據(jù)來看，2017 年華為海思推出 Boudica120 國內(nèi)第一顆 NB-IoT 芯片至今，累積出貨 2000 萬顆，而其他國內(nèi) NB-IoT 芯片廠家總出貨量不超過 1000 萬顆。

從發(fā)展現(xiàn)狀來看，截至今年 5 月底，全球已有 84 張 NB-IoT 網(wǎng)絡商用（GSMA），全球模組種類已超過 100 種，成為全球應用最廣的物聯(lián)網(wǎng)技術之一。國內(nèi) NB-IoT 用戶數(shù)已經(jīng)達到 3000 萬。同時，國內(nèi)的消費級物聯(lián)網(wǎng)硬件銷售額預計在 2022 年超過 3000 億美元，年復合增長率超過 20%。

NB-IoT 市場仍然格局未定，產(chǎn)業(yè)鏈上下游廠商都想抓住這個市場機會，分得 NB-IoT 市場一杯羹。

NB-IoT 的挑戰(zhàn)和前景

據(jù) GSMA 最新發(fā)布數(shù)據(jù)，2018 年全球蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)大部分來自現(xiàn)有的 2G/3G/4G，物聯(lián)網(wǎng)連接總數(shù)達 7.6 億個，NB-IoT 物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)不到 10%。

可以看到，NB-IoT 目前的市場份額相對較少，究其原因，大概如下：

功耗問題

NB-IoT 的主要優(yōu)勢之一是低功耗。當前的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品上，大家普遍還是用 2G 模塊，NB-IoT 的功耗比 2G 略好一點，但在中等頻率和高頻率實時使用中并沒有絕對優(yōu)勢，兩者功耗沒有明顯差別，NB-IoT 深度待機（PSM 模式）的功耗和 2G 掉電模式差不多。以目前 NB-IoT 模塊的功耗，電池待機時間根本無法支持長達 10 年，因此很多新的應用也起不來；

網(wǎng)絡覆蓋問題

另一方面，NB-IoT 網(wǎng)絡相對 2G/3G/4G 網(wǎng)絡，覆蓋面和覆蓋質(zhì)量還是非常有限，目前還存在問題，這也導致了用戶缺乏對它的信心；

商用盈利問題

即使運營商開啟高頻服務功能，每年 NB-IoT 資費可以提升到 35-40 元，雖然提升了物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的 ARPU 值（每用戶平均收入），但對于運營商的直接收入貢獻還非常有限。相比三大運營商的年營收體量，NB-IoT 資費收益依然不值一提；

信息安全風險

物聯(lián)網(wǎng)會讓我們的生活變得便利和美好，但信息安全是提前。NB-IoT 的發(fā)展讓應用更加智能化的同時，也帶來了信息安全風險，必須重視物聯(lián)網(wǎng)中應用層到各端點的安全體系建立。NB-IoT 信息安全體系的建立，需要整個生態(tài)系統(tǒng)中的所有參與者從網(wǎng)絡設備、終端數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸和系統(tǒng)方案來一起解決和建立。NB-IoT 信息安全體系的建立也需要時間和過程。

推廣問題

在非技術層面，作為 NB-IoT 在行業(yè)落地的主要推動者，運營商在政企用戶市場經(jīng)營和方案落地推廣上的表現(xiàn)都不盡人意。另外，NB-IoT 產(chǎn)業(yè)鏈相關部門，在推動 NB-IoT 技術落地時，心態(tài)過于浮躁，看重形式主義，也是原因所在。

總之，性能指標夸大、網(wǎng)絡覆蓋不佳、商業(yè)模式存在問題、心態(tài)浮躁等，是 NB-IoT 市場擴展受阻的主要原因。

為了進一步推動 NB-IoT 的發(fā)展進程，國內(nèi)運營商都在大力部署 NB-IoT 基站，2019 年，我國預計將建成 90 萬個 NB-IoT 基站、到 2020 年將建成超過 150 萬個 NB-IoT 基站、到 2025 年 NB-IoT 基站規(guī)模將達到 300 萬。

目前，中國移動在全國已經(jīng)建成 NB-IoT 基站超過 20 萬，覆蓋 346 個城市。根據(jù)中國移動預測，2019 年底，中國運營商蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接超過 11 億，其中，中國移動蜂窩連接超過 7.8 億。據(jù)悉，2018 年中國移動物聯(lián)網(wǎng)終端補貼成本投入 20 億元，其中，10 億是專門給 NB-IoT，最高補貼率可以到達 80%，還推出了 20 元和 40 元兩檔 NB-IoT 套餐，希望滿足不同的行業(yè)客戶對網(wǎng)絡的需求。

中國電信早在 2018 年就已建成了全球最大的 NB-IoT 網(wǎng)絡，建成 NB-IoT 基站超過 40 余萬個，實現(xiàn)城鄉(xiāng)全覆蓋，承載 1 億物聯(lián)網(wǎng)連接。在資費方面，中國電信 2018 年 6 月 20 日發(fā)布了 NB-IoT 業(yè)務套餐，該資費套餐是按照“連接次數(shù)”計費，套餐內(nèi)規(guī)定一定的連接數(shù)，超出套餐外的連接次數(shù)部分另行收費。

中國聯(lián)通在去年中旬就宣布已經(jīng)完成了 30 萬個 NB-IoT 基站升級工作，已經(jīng)在全國數(shù)十個城市開通 NB-IoT 試商用，全國已經(jīng)有 300 多個城市具備快速接入物聯(lián)網(wǎng)的能力。

此外，國外眾多運營商也紛紛支持 NB-IoT，Vodafone、德國電信、軟銀等幾十家運營商均已經(jīng)部署了 NB-IoT 商用網(wǎng)絡，美國 T-Mobile 也已經(jīng)宣布商用了 NB-IoT，全球運營商的創(chuàng)新先鋒 AT&T 和 Verizon，也積極進行 NB-IoT 的商用試點。

多維度下的 NB-IoT

數(shù)據(jù)顯示，NB-IoT全球商用網(wǎng)絡數(shù)已超90張，用戶數(shù)實現(xiàn)三年三級跳：從2017年的300萬到2018年的3000萬，今年上半年已超過 5000 萬用戶，在智能水表、智能氣表、電動車跟蹤、智能煙感等行業(yè)應用預計將在一兩年內(nèi)出現(xiàn)千萬級連接，并且有望將很快達到十億級別規(guī)模。在國內(nèi)，三大運營商對于 NB-IoT 的熱情持續(xù)高漲，如在基站建設方面，業(yè)界預計 2019 年我國將建成 90 萬個 NB-IoT 基站；

憑借廣覆蓋、低功耗、低成本、大連接等特點，NB-IoT 已經(jīng)成為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)領域的主流技術。根據(jù)市場研究機構 Counterpoint IoT 的最新研究數(shù)據(jù)顯示，全球物聯(lián)網(wǎng)蜂窩連接數(shù)將在 2025 年突破 50 億大關，其中 NB-IoT 的貢獻比將接近一半。

產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模方面：伴隨 NB-IoT 海量連接需求的出現(xiàn)，對于 NB-IoT 模組以及 NB-IoT 芯片都帶來了強烈需求。例如芯片側(cè)，NB-IoT 等物聯(lián)網(wǎng) SoC(即將 MCU 和調(diào)制解調(diào)器/基帶實現(xiàn)集成)正在推動掀起下一波物聯(lián)網(wǎng)浪潮，包括海思、高通、聯(lián)發(fā)科、移芯等在內(nèi)的芯片企業(yè)都在角逐 NB-IoT SoC 芯片市場，目前已有十幾家 NB-IoT 芯片廠家，上百個型號的模組，1500 多個產(chǎn)業(yè)伙伴，以及公共事業(yè)、醫(yī)療健康、智慧城市、消費者、農(nóng)業(yè)環(huán)境、物流倉儲、智能樓宇、制造行業(yè)等十余個行業(yè)標準逐漸落地，NB-IoT 已經(jīng)完全具備替代 2G/3G 窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術的能力；

模組價格方面：NB-IoT 價格已經(jīng)逼近 2G 模組，隨著芯片出貨量的增加以及生態(tài)的成熟，NB-IoT 模組售價有望繼續(xù)降低；

標準方面：早在 3GPP R13 協(xié)議中，NB-IoT 核心標準就已凍結；R15 協(xié)議更是支持 NR 與 NB-IoT 的共存部署方案，從而確保了 5G 部署后存量的 NB-IoT 終端業(yè)務不受影響；在 R16 協(xié)議中，NB-IoT 仍然將是 LPWA 的主要應用技術，更是明確支持 NB-IoT 接入 5G 新核心網(wǎng)，確保 NB-IoT 在 5G 時代技術發(fā)展的連續(xù)性；在即將于 2019 年年底啟動立項的 R17 協(xié)議中，愛立信、高通等公司明確提出 R17 LPWA 基于 NB-IoT 繼續(xù)演進。

NB-IoT 芯片廠商

從 NB-IoT 技術誕生可以看出，NB-IoT 技術一直被行業(yè)大佬所支持，目前國內(nèi) NB-IoT 芯片廠商都有哪些？

NB-IoT 芯片廠商：

國內(nèi)：華為海思、紫光展銳、聯(lián)發(fā)科、中興微電子、上海移芯、創(chuàng)新維度、芯翼信息、松果電子、智聯(lián)安、ASR、匯頂科技等；

國外：高通、三星、Altair、思寬、Nordic、GCT、Riot Micro、CEVA 等。

NB-IoT射頻前端芯片廠商：

國內(nèi)：紫光展銳、漢天下、慧智微、飛驤科技、三伍微等；

國外：Skyworks，Qorvo。

結語

今年隨著 5G 牌照的發(fā)放，正式進入 5G 元年，5G 具有 Gbps 以上超高帶寬、毫秒級超低時延、以及高可靠等優(yōu)勢，除了商用初期應用于 eMBB 增強型移動寬帶以外，充分利用 5G 蜂窩網(wǎng)絡，還將帶動超寬帶、低時延物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，助推行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

那么在大帶寬的 5G 時代，NB-IoT 下一步的演進將何去何從？

事實上，對于 NB-IoT 的未來走向，3GPP 早已指明了方向：NB-IoT 將繼續(xù)服務于 5GLPWA 用例，我國向國際電信聯(lián)盟提交的 5G 候選技術方案將 NB-IoT 作為重點之一，也與 3GPP 等國際標準化組織的技術演進路線保持一致。

對于 NB-IoT 的未來走向，可以預見 NB-IoT 還會與現(xiàn)有網(wǎng)絡共存共生?；?4G 的 NB-IoT 和基于 5G 的 NB-IoT 將會是長期共存，兩者不是競爭和替代關系，而是相輔相成。同時 5G 指明了 4G 的未來演進路線，從而給予了垂直行業(yè)采用可持續(xù)演進和升級的 3GPP 技術的信心，能夠滿足行業(yè)市場深化部署和優(yōu)化性能的未來發(fā)展需求。

當產(chǎn)業(yè)走到萬物互聯(lián)的 5G 時代，NB-IoT 也將迎來了新的發(fā)展機遇。