蜂窩頻段的LPWA（C

懶人葛優(yōu)癱 2017-07-23

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蜂窩頻段的LPWA（C-LPWA）vs Unlicensed 頻段的LPWA（U-LPWA）

圖1、在中國基于蜂窩的物聯網技術在共享單車中得到了應用

如果你和我們一樣一直在研究物聯網的話，你會發(fā)現在過去兩年中，市場上出現了許多表現良好的物聯網產品，這些物聯網產品的連接技術要么采用基于蜂窩頻段的移動通信技術如NB-IoT或者LTE－M技術，我們稱其為（Cellular Low Power Wide Area，即C-LPWA 或者 C－IoT），要么采用的是專用的工作在Unlicensed 頻段低功率廣域連接技術U-LPWA（Unlicensed －Low Power Wide Area）；近期物聯網的蓬勃發(fā)展使得我們是時候可以對這兩種連接技術進行硬性比較了。

圖2、LPWA（低功率廣域）網絡技術將有廣泛的應用

為滿足越來越多遠距離物聯網設備的連接需求，LPWA應運而生。LPWAN（Low Power Wide Area Network，低功耗廣域網絡）專為低帶寬、低功耗、遠距離以及大量連接的物聯網應用而設計。正如短距離無線網絡包含WiFi、藍牙和ZigBee等多種技術，LPWA也包含多種技術，例如LoRa、Sigfox、傳統(tǒng)的2G/3G/4G和NB-IoT等。LPWA技術的覆蓋范圍達到數十公里的驚人程度，電池壽命十年以上，這種技術對于實現低功耗，低成本和低吞吐量的物聯網應用而言是有前途的。目前業(yè)界存在一系列LPWA技術使物聯網設備能夠在大的地理區(qū)域上傳播和移動。通過LPWA技術連接的IoT和M2M設備可以隨時隨地在其環(huán)境中實時地進行感測和交互。值得澄清的是，LPWA技術通常以低數據速率（通常為幾十千比特每秒，即kilobits per seconds）和更高的延遲（通常達到秒級或者分鐘級別）為代價，來實現遠距離和低功耗操作的。因此，顯而易見的是，LPWA技術并不意味著它能夠解決每一種物聯網應用場景適應每一種細分市場。具體來說，LPWA技術通常被認為是能夠容忍延遲，不需要高數據速率，通常需要低功耗和低成本的應用場景。與需要超低延遲和超高可靠性的Critical MTC （關鍵的機器類型通信）應用相比，這種MTC應用被分類為大規(guī)模MTC （Massive MTC）。Critical MTC絕對不屬于LPWA技術的范圍，因為低成本和低功耗解決方案無法保證其嚴格的性能要求，如高達五個9（99.999％）的可靠性和高達1-10 ms的延遲。雖然LPWA技術因此不適用于許多工業(yè)IoT（industrial IoT），車載到車輛（V2V，vehicle to vehicle）和車輛到基礎設施（V2I，vehicle to infrastructure）的應用，但它們仍然能夠滿足智能城市應用的諸多應用，智能化計量（如智能電表，智能水表等），家庭自動化，可穿戴電子設備，物流，環(huán)境監(jiān)測等（見圖1），這些應用只需要交換少量的數據，也不需要經常通信。因此，LPWA技術的吸引力雖然受到低數據速率的限制，但應用仍然很廣泛。這就是為什么很多基于Unlicensed 頻段的LPWA技術諸如SIGFOX 和LORa 等專有技術打入市場之后各個廠商對它們產生如此巨大的興趣的原因所在。

蜂窩頻段的LPWA（C-LPWA）vs Unlicensed 頻段的LPWA（U-LPWA）

圖3、業(yè)界預計的到2020年的物聯網市場規(guī)模

下圖是幾種采用Unlicensed 頻段的專用LPWA技術供應商；表1是這些專用LPWA的關鍵技術規(guī)格對比：

蜂窩頻段的LPWA（C-LPWA）vs Unlicensed 頻段的LPWA（U-LPWA）

圖4、新興的專用LPWA技術

蜂窩頻段的LPWA（C-LPWA）vs Unlicensed 頻段的LPWA（U-LPWA）

表1、幾種主要的專用LPWA的關鍵技術規(guī)格對比

但是從技術層面上，基于蜂窩頻段的LPWA技術比所有未經許可（Unlicensed ）頻段的LPWA技術相比具有明顯的優(yōu)勢。 未經許可（Unlicensed ）頻段的LPWA廠商發(fā)起的“白皮書戰(zhàn)爭（white paper wars）”有時會使這一比較令人感到困惑，因為U-LPWA的支持者往往假設未經許可（Unlicensed ）頻段不會有任何干擾，但是顯然現實情況并非如此。在最近完成的徹底的技術比較中，取決于干擾水平，基于蜂窩技術的NB-IoT具有超過U-LPWA的10 dB到30 dB的鏈路預算優(yōu)勢。

這種鏈路預算優(yōu)勢通常不會轉化為表征覆蓋范圍的公里數，因為在NB-IoT網絡中，天線向地面傾斜以實現限制覆蓋的目的。同時由于有很多基站站點，因此覆蓋范圍不是NB-IoT的問題。移動運營商正試圖最大限度地提高鏈路的可靠性以及對建筑內部的覆蓋滲透。而U-LPWA供應商正在將天線傾斜到在水平面上有最大覆蓋范圍的傾角上，但是在大多數“覆蓋區(qū)域”中，它們的建筑物穿透性能比較差。因此當您比較不同LPWA技術之間的覆蓋面積差異時，請小心比較。

相比于短距技術，LPWA無需額外部署匯聚網關，大大降低了用戶的部署成本和復雜度，應用終端即插即用消除了部署限制。而相比其它技術，基于蜂窩技術的物聯網連接技術如NB-IoT對于LPWA應用有著得天獨厚的技術優(yōu)勢。

相比Sigfox/Lora技術，NB-IoT可基于運營商現有網絡站點升級支持，無需額外的站點/傳輸資源，且部署方便，便于規(guī)模擴展。應用頻段則采用運營商可控的有執(zhí)照頻譜，可管理、無干擾。而無執(zhí)照頻譜當前已被多種業(yè)務使用（例如對講機、醫(yī)療和工業(yè)的無線控制等），不可知的無線干擾會對其業(yè)務體驗帶來極大影響。

而相比運營商現存的2G/3G/4G網絡，專為物聯網設計的NB-IoT技術則在技術性能和業(yè)務能力上有著絕對優(yōu)勢，200KHz的窄帶需求可以充分利用運營商的零散頻譜，并能夠提供百倍于4G的連接規(guī)模、百倍于2G的靈敏度和長達10年的設備電池供電壽命，也可提供成本更低的商用芯片，使蜂窩網絡極大地延伸了應用邊界。

隨著2015年9月NB-IoT技術正式寫入3GPP協議，華為、高通、愛立信和VDF等全球主流通信設備商、運營商和芯片廠商均已明確了推進NB-IoT大規(guī)模商用的目標。不久的將來，一張基于3GPP標準、專為海量傳感器服務的NB-IoT網絡將在全球廣泛展開。

蜂窩頻段的LPWA（C-LPWA）vs Unlicensed 頻段的LPWA（U-LPWA）

表2、LTE-M和NB-IoT的復雜性/成本降低的演進路線

中國的電信運營商正在迅速采用NB-IoT技術，并在今天的物聯網網絡上跟蹤著數百萬輛自行車。與物聯網相關的芯片組開始從晶圓廠商那里熱起來了，如此同時中國的電信運營商正在與Ofo，Mobike等合作伙伴積極推動NB-IoT技術的應用。在中國類似的企業(yè)正在努力開發(fā)中國的智能電表，電梯和樓宇自動化市場。

另一方面，商業(yè)模式因素的影響可能超過技術方面的影響。一些LPWA技術可以按照ad hoc網絡的形式來部署，而不需要任何運營商。特別是，LoRa（https://www./）有可能成為“物聯網市場中的Wi-Fi”，因為企業(yè)可以隨時隨地選擇部署接入點和一些便宜的設備來創(chuàng)建一個小型網絡。想象一下，汽車經銷商可以利用LoRa技術來跟蹤其庫存，而不需要每月支付任何費用。

蜂窩頻段的LPWA（C-LPWA）vs Unlicensed 頻段的LPWA（U-LPWA）

表3、各種LPWA技術的商用業(yè)務考慮（？=未知）

蜂窩頻段的LPWA（C-LPWA）vs Unlicensed 頻段的LPWA（U-LPWA）

表4，各種LPWA技術的關鍵規(guī)格對比

當然，IoT沒有一個單一的答案，我們將持續(xù)跟蹤各種不同的連接技術，目前大約有65種不同的LPWA連接技術，但是我們相信這個技術列表將會下降到大約25種技術形式。 NB-IoT和LoRa將在短名單上。其他一些U-LPWA技術形式也將生存下去，因為它們在關鍵的細分市場領域處于領先地位。像Ingenu，Silver Spring和Telensa這樣的公司有能力為特定的垂直市場開發(fā)易于使用的產品，在這些特定的細分市場中技術缺陷或成本問題可能會變得不那么重要，因此一些小眾技術將會能夠生存下來。

蜂窩頻段的LPWA（C-LPWA）vs Unlicensed 頻段的LPWA（U-LPWA）