1、中國物聯網LPWA技術研究報告2LPWA技術是一種無線通信技術，主流的LPWA技術有NB-IOT、eMTC、Sigfox與LoRa。NB-IOT由通信行業最具權威的標準化組織3GPP制定并由國際電信聯盟ITU批準，屬于國際標準；Sigfox與LoRa核心技術分別掌握在法國Sigfox與美國Semtech公司手中，屬于企業私有技術。開篇摘要LPWA技術主要以文本類業務為主，適用于低速率，低功耗，廣覆蓋及大連接的物聯網應用場景。目前 國內已形成NB-IOT與LoRa兩大技術陣營，國家政策頻繁落地大力推動NB-IOT的發展，對LoRa持觀望 態度。LPWA技術在國內的應用仍處于試點和推廣階段，NB-

2、IOT與LoRa主要聚焦于智能表計，智慧樓 宇等應用場景，重疊嚴重。相較于LoRa，NB-IOT更適合數據量大且通信頻繁的應用場景。NB-IOT屬于運營商網絡更適合地域分布廣泛且具有移動屬性的分散型應用場景，LoRa可實現靈活部署 能更好的滿足終端較為集中的行業性應用需求。因設計理念及實現方式不同，無線通信技術特性各異， 部署網絡時需根據具體的應用場景需求選擇合適的通信技術。從應用場景需求角度分析，預計到2025年NB-IOT與LoRa在國內的發展趨于6:4的格局。相較于LoRa，NB-IOT發展時間短，產品穩定性差，網絡全面覆蓋和深度覆蓋不足，預計需要兩年時間進行技術完善及網絡優化才能真正發

3、揮出優勢，而這段時間市場需求會推動相對更成熟的LoRa向更多 應用方向發展；概況現狀競爭趨勢3物聯網LPWA技術概況1中國LPWA技術發展現狀2中國LPWA技術之爭3中國LPWA技術發展趨勢4LPWA技術背景介紹人聯網物聯網智能垃圾桶共享單車智能燈桿 智能表計短信2G圖片 3G視頻 4G游戲 4GVR眼鏡遠程醫療 8K視頻物聯網中高速率業務驅動無線通信技術向5G發展自動駕駛物聯網中低速率 業務驅動無線通 信技術向LPWA 技術演變物聯網的發展需求催生LPWA技術人聯網主要的終端設備是手機。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著 追求驅動著無線通信技術的

4、更新換代。但隨著物聯網的不斷發展與應用場景的多元化，終端設備種類變得復雜多樣，現有的 無線通信技術無法滿足物聯網的發展需求。自動駕駛與遠程醫療類應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支撐，而低速率業務的終端往往分布廣泛，數量巨大，安裝環境常常不具備外部供電條件且單個終端通 信頻次少，目前承載低速率業務的2G網絡功耗高且單小區接入設備量少導致成本較高阻礙了物聯網的發展，為解決這一系 列問題，無線通信技術在向高速率，低時延及高可靠性發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 ）技術應運而生。

5、物聯網驅動無線通信技術向兩個方向發展4LPWA技術發展歷程2013年沃達豐與華為 提出NB-M2M2014年7月高通提出NB-OFDM2015年5月NB-M2M和NB-OFDM融合成為NB-CIoTNB-IOT規范凍結2015年9月NB-CIoT與NB-LTE融合成NB-IOT2015年7月愛立信，中興、諾基亞等公司提出了NB-LTE52016年6NB-IOT是國際標準，Sigfox與LoRa是私有技術LPWA技術是專為低速率，低功耗，廣覆蓋及大連接的物聯網應用場景而設計，目前主流的LPWA技術有NB-IOT（ Narrow Band Internet of Things ）、eMTC、LoR

6、a（long range）和sigfox。eMTC被看做是國際標準LTE技術（4G）的一種特性，相較于其它三種技術能提供更高的速率與更強的移動性支撐； NB-IOT由通信行業最具權威的標準 化組織3GPP制定，并由國際電信聯盟ITU批準，屬于國際標準；Sigfox與LoRa的核心技術分別掌握在法國Sigfox與美國 Semtech公司手中，屬于企業私有技術。LPWA技術發展歷程LoRa是一種基于擴頻技術的遠距離傳輸技術，最初由法國初創公司Cycleo提出，2013年美 國Semtech公司將其核心技術購買，并與2015年3月成立了LoRa聯盟共同推廣LoRa應用。Sigfox是一家成立于200

7、9年的法國物聯網公司，該公司不僅是Sigfox標準的制定者，也是網絡運營及平臺的提供者。LPWA技術的“朋友圈”室內場景短距離通信技術室外場景遠距離通信技術NFCZigbee藍牙蜂窩通信 技術LPWA技術eMTCLoRaSigfoxNB- IOTWIFI視頻監控智能空調智能洗衣機智能音箱智能窗簾智能插座5G4G3G2G自動 駕駛VR眼鏡POS機共享 單車智能 穿戴智能 燈桿LPWA技術是物聯網無線通信技術之一物聯網無線通信技術按照覆蓋距離劃分，大致可以分為兩類，一類是短距離通信技術，包括藍牙（Bluetooth），Zigbee，WIFI，NFC，目前主要應用于室內智能家居，消費電子等場景；第二

8、類是遠距離通信技術,包括蜂窩通信技術2G/3G/4G/5G 及LPWA技術LoRa，Sigfox，而eMTC和NB-IOT既屬于蜂窩通信技術，又屬于LPWA技術。物聯網無線通信技術分類6.無線通信技術關鍵指標對比速率1m100m10km距離100Mbps100Kbps100bpsWIFI短距離高速率Bluetooth Zigbee短距離低速率3G/4G長距離高速率2GLPWA技術 長距離低速率傳輸速率與覆蓋距離對比9Monthsyear101次/天1次/天2G與NB-IOT功耗對比通信頻次通信技術2G(GPRS)NB-IOT電池壽命數據量電池容量7100Byte200Byte10000mAH2

9、400mAHLPWA技術特點：低功耗、低速率、廣覆蓋、大連接目前廣域物聯網高速率業務主要由4G網絡承載，低速率的業務由2G網絡承載，但是2G網絡功耗高，單小區接入量小導致成 本無法降低，阻礙了物聯網的發展。LPWA技術專為低速率，低功耗，廣覆蓋與大連接的應用場景而設計，終端電池壽命可 達10年，單小區最大可支持接入10W臺設備，是2G網絡單小區接入量的幾百倍，在郊區空曠的環境理論覆蓋距離可達20km，在實際復雜的無線環境中可達5km。無線通信技術關鍵指標對比全球LPWA技術連接量占比28%30%32%32%30%1%20%5%15%20%30%45%28%28%25%22%18%16%51%3

10、9%30%26%20%9%201520172021e2023e2025e2025年全球LPWA技術連接量占廣域物聯網總連接量的45%物聯網是一種融合的技術，之前受限于傳感器及通信技術瓶頸發展緩慢，近兩年技術得以突破，物聯網進入高速發展的快車 道，連接量會呈現井噴狀態。預計到2025年全球物聯網總連接量將達到270億，其中72%的連接將使用短距離通信技術， LPWA技術連接量占比將達到11%。因成本低，終端功耗低，網絡易部署等優點，預計到2025年廣域物聯網連接量中45%將 使用LPWA技術。2015-2025年全球LPWA技術連接量在廣域物聯網中的占比2019e蜂窩網LPWAN城域網衛星固網8

11、國內LPWA技術連接量將進入爆發期2018-2020年NB-IOT連接量增長速率高于LoRa經過兩年時間的發展，國內LPWAN產業鏈已初步形成，NB-IOT與LoRa作為國內主要發展的兩種LPWA技術已進入激烈的 競爭階段，技術推動者不斷加大應用的推廣力度，LPWA技術的連接量即將進入爆發期。NB-IOT屬于運營商網絡且已經基 本實現全國覆蓋，服務提供商在制定解決方案時直接租用運營商網絡，相對于LoRa按需部署的模式，節約了網絡部署時間 更有利于應用的迅速大規模推廣，加上三大運營商高額補貼的刺激與政府的推動，促使LPWA技術發展初期NB-IOT的發展 要比LoRa快，預計2018年-2020年

12、NB-IOT連接量的增長速率要一直領先于LoRa。2018e92019e2020e0.5億2億7億2017-2019年LoRa連接量2018-2020年NB-IOT連接量上文分析國內LPWA技術發展初期LoRa連接量的增長速率 要低于NB-IOT。Ssemtech公司數據顯示2017年底國內LoRa的連接量共計15.3萬，2018年阿里，騰訊相繼加入LoRa陣營，目前阿里在杭州與寧波建設的LoRaWAN已具備商用條件，在自有業務場景中頭部應用預計能達到100萬的連接量。根據semtech預測2019年全球網關（基 站）數量能達到20萬個，全球連接量預計能超過8000 萬。10物聯網LPWA技術

13、概況1中國LPWA技術發展現狀2中國LPWA技術之爭3中國LPWA技術發展趨勢4國家政策頻發推動物聯網發展11時間政策名稱部門政策內容2016.12“十三五”國家信息化規劃國務院提出若干物聯網發展的專項行動，鼓勵實施物聯網應用示范工程并推進區域試點；2017.01物聯網“十三五”規劃工信部明確物聯網產業未來的發展目標；2017.01信息通信行業發展規劃（2016-2010年）工信部2020年前建成具有國際競爭力的物聯網產業體系；2017.06關于全面推進移動物聯網（NB-IOT）建設發 展的通知工信部提出2017年末基站規模達到40萬個，連接規模超2000萬，2020年 NB-IOT基站規模達

14、到150萬個，連接規模超6億；2017.06工信部27號公告工信部批準NB-IOT在可運行于GSM的800/900MHZ頻段與FDD-LTE的 1800-2100MHZ頻段；國家大力支持NB-IOT發展，對LoRa持觀望態度自2011年以來國家政策頻發不斷推動物聯網的發展，“十二五” 期間，國務院和各部委相繼出臺政策，物聯網頂層設計 不斷完善，“ 十三五” 時期，物聯網依然是信息化發展中的重要一環，自2016年下半年以來物聯網政策頻繁落地，我國 物聯網已駛向高速發展的快車道。2017年6月工信部印發關于全面推進移動物聯網（NB-IOT）建設發展通知，明確 要求到2017年末，實現NB-IoT網

15、絡覆蓋直轄市、省會城市等主要城市，基站規模達到40萬個，到2020年，NB-IoT網絡 實現全國普遍覆蓋，面向室內、交通路網、地下管網等應用場景實現深度覆蓋，基站規模達到150萬個，可見國家要大力 發展NB-IOT的決心，相反自中興引入LoRa以來國家一直持觀望態度。2017年12月工信部印發微功率短距離無線電發射 設備技術要求（征求意見稿）對LoRa在國內所使用的頻段進行了限制，但目前該要求未正式實施。物聯網相關政策梳理國內已形成NB-IOT與LoRa兩大陣營 已建設40萬+基站 已建設30萬+基站2018年9月2018年6月2017年12月 已覆蓋348個城市運營商加快NB-IOT基站建設

16、，多地陸續開始部署LoRa網絡國家政策保駕護航，三大運營商積極部署，目前NB-IOT網絡已基本實現全國覆蓋，但網絡質量有待提升。從總體來看， 電信建設進度領跑聯通與移動，在2017年底開通30萬個基站率先完成第一張NB-IOT網絡，因移動只有部分基站支持升級 實現NB-IOT功能，大部分區域要新建基站，建設進度最慢。為滿足工信部2020年建設150萬個NB-IOT基站的要求，三大 運營商要加快建設步伐。2016年中興與近20家廠商共同發起中國LoRa應用聯盟，2017年底國內已建設16個私有網絡試點 共計1732個網關，2018年廣電，鐵塔及互聯網巨頭騰訊，阿里紛紛加入LoRa應用聯盟共同推動

17、產業生態的發展。目前阿 里與聯通在杭州及寧波建設的LoRaWAN網絡已具備商用條件，國內其它地區已陸續開始小范圍的LoRa網絡建設。三大運營商NB-IOT網絡建設進度LoRa在中國的部署正在快速增長12杭州，寧波阿里巴巴與浙江聯通在杭 州，寧波建設LoRaWAN 城域網。貴州，上海，深圳，廣州，北京，南京，蘇州，武漢，內蒙 古等地某些區域已開始部署LoRa局域網絡。NB-IOT與LoRa促進物聯網快速發展超大連接約10W臺設備/小區超強覆蓋郊區25km;市區5km上行鏈路損耗164db超低成本模組成本大約25元超低功耗5wh電池續航約10年采用窄帶，提升頻率普密度，增強覆蓋；重復發送，獲得時間

18、分集增益，采用低階調制，提高解調性能，增強覆蓋；采用天線分集技術，增強覆蓋；系統設計了一套非連續接收的機制，空閑時終端可進入休眠狀態且可按照需求設置休眠時間，節省終端功耗;按照休眠時間長短，終端可工作在 PSM,eDRX,DRX三種狀態;犧牲時延允許更多用戶接入，單小區最高可支持約10W臺設備，大量終端處于休 眠態，上下文信息由基站和核心網維持，一旦有數據發送，可以迅速進入激活態;為降低成本，采用半雙工方式進行通信，即終端在接收信息時，無法向基站發送信息導致下行時延高，但這種方式實現簡單，從而實現了降低了終端成本的目的;犧牲速率與時延滿足更多物聯網應用場景需求NB-IOT與LoRa主要是以速率

19、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網應用場景需求，目前此類場景 需求迫切且連接量巨大，因此NB-IOT與LoRa技術的出現能滿足更多的物聯網場景需求從而極大的促進物聯網的發展。以下 具體講解NB-IOT技術是如何實現低功耗、低成本、廣覆蓋與大接連的。NB-IOT以速率與時延為代價換取低功耗、低成本、廣覆蓋與大接連13LPWA類場景的業務特點10%30%60%高速率（1Mbps）中速率（1Mbps）低速率（100Kbps）NB-IOT Sigfox LoRa Zigbee 藍 牙 eMTCGPRSWIFI以圖片，視頻為主的 高流量業務;對功耗不敏感;以文本業務為主的低 流量業

20、務，不支持語 音業務;要求終端功耗低;以文本業務為主，需 要語音業務;對終端功耗不敏感;自動駕駛遠程醫療視頻監控14智能穿戴智能家居共享單車智慧燈桿智能表計以文本類業務為主，不支持語音業務沒有一種通信技術能滿足所有物聯網場景的需求，根據對傳輸速率的需求不同可以將物聯網業務分為低速率，中速率，高速 率三類，預計2020年三類業務分別占物聯網總連接量的60%,30%,10%。LPWA技術是低速率業務的主力，主要以文本業務 為主，不支持語音業務。物聯網連接量分布及其業務特點物聯網連接量分布主要業務應用場景15.國內LPWA技術應用場景來源：中移物聯網。智能表計共享單車智能鎖方案智能水表方案智能燃氣表

21、方案智能煙感煙感報警系統消防煙霧報警器智能照明智能路燈智能停車智能表計 42%智能煙感 26%環境保護 15%智慧停車 3%工業控制 3%集成服務 3%其它 8%目前智能表計是國內LPWA技術連接量增長最快的應用場景國內LPWA技術主要聚焦于智慧農業、智慧城市、公共事業領域的智能表計、共享單車、智慧照明、智能煙感等應用場景 且NB-IOT與LoRa已落地應用場景重疊率很高，LPWA技術的應用空間尚未完全打開，兩種技術的推動者需加大力度拓展 其創新應用場景。智能表計作為公共事業領域主要的應用場景，水/電/燃氣表數量巨大，智能化改造需求迫切，目前是 LPWA技術的主要應用場景，根據中國移動數據顯示

22、，智能表計是NB-IOT連接量中增長最快的領域，占NB-IOT總連接量 的42%。國內NB-IOT應用案例及參與廠商2018Q3中國移動NB-IOT連接量占比分布16物聯網LPWA技術概況1中國LPWA技術發展現狀2中國LPWA技術之爭3中國LPWA技術發展趨勢4LPWA技術關鍵指標對比來源：根據華為，愛立信及其它公開資料繪制。支持鏈路損耗越高，覆蓋距離越遠NB-IOTLoRaSigfoxMCL=150dbMCL=154dbMCL=164db覆蓋距離相等時NB-IOT終端功耗最低NB-IOT144dbNB-IOTNB-IOT154db164dbLoRa 155dbSigfox133芯片廠商LP

23、WAN產業鏈上下游平臺廠商通信設備廠商系統集成應用服務商感知層模組廠商網絡層網絡運營商應用層物聯網終端廠商平臺層傳感器廠商系統及軟件開發商來源：根據公開資料繪制。21.22.LPWA技術七大應用領域來源：根據GSMA、machina research及其它公開資料繪制。來源：GSMA、machina research、公開市場資料，根據艾瑞統計模型核算。.應用 領域水與煤氣監測：智能監控水 位變化，天然氣消耗和運輸 管道監測；新能源發電：通 過傳感器來監測太陽能/風電 發電設備；智能電網：能源基礎設施監控；農業野生動物監測：魚類，畜類行 跡追蹤與監控；農業氣候土壤監 測；環境實時監控；環境數據

24、收 集：污染，噪聲，降水；農業與和環境智慧城市智慧停車：通過傳感器可以顯示 車位情況；城市垃圾管理：監測 垃圾箱對的剩余空間及時回收垃 圾；智慧燈桿：調整城市照明設 備的開關和亮度；車輛和工業運輸的定位和實時跟蹤；公共事業智慧工業環境安全監測；機控系 統監測：自動販賣機監 控：庫存及設備監控； 自動販賣機電子支付與信息驗證；可穿戴設備；共享單車; 跟蹤定位：人/寵物跟蹤定 位；智慧醫療智：慧臨物床流數據監測；消費與醫療智慧煙感：自動日常火 警監測，對相關滅火設 施實時監控；樓宇警 報；智慧家庭：溫度， 濕度，亮度的監測與調整；智慧樓宇11%14%15%29%31%產業智慧城市公共事業智慧樓宇消

25、費與醫療產業=農業+工業+物流2025年消費與醫療將成為LPWA技術最大的應用領域LPWA技術可以滿足不同的應用場景需求，按照應用領域劃分可將其主要應用場景細分為公共事業，消費與醫療，智慧工 業，智慧樓宇，農業與環境，智慧物流與智慧城市七大垂直市場。前文講到目前LPWA技術主要聚焦于公共事業與智慧城 市，智慧樓宇等領域中的少量應用場景，預計到2025年消費與醫療將成為LPWA技術最大的應用領域。LPWA技術七大應用領域2025年LPWA技術各應用領域連接量占比預測23.NB-IOT與LoRa應用場景分析來源：研究院自主研究繪制。應用服務商需根據應用場景需求選擇合適的通信技術LPWA應用場景按照

26、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性應用與終端有移動性且地域分布較廣的分 散型應用兩類，對于前者兩種技術均能滿足要求，但對于后者前文講到因受限于資質等因素LoRa在國內不具備建設成公網在 全國運營的條件，若企業自建網絡實現連片覆蓋成本較高，因此NB-IOT更適合后者應用。因設計理念及實現方式不同，無 線通信技術特性各異，部署網絡時需根據具體的應用場景需求選擇合適的通信技術。領域場景主要受限因素分析選擇領域場景主要受限因素分析選擇公共事業智能表計該場景終端地域分布較廣，NB-IOT更合適。智慧城市智能燈桿終端地域分散廣泛且對通 信質量及頻率要求較高， NB-IOT更合適。消費與

27、醫療智慧醫療這幾種應用場景終端分散 且有一定的移動性，NB- IOT更合適。環境管理環境管理包括垃圾桶，窨 井蓋，終端地域分散廣泛， NB-IOT更合適。共享單車 跟蹤定位城市停車智慧樓宇智能煙感兩種技術均能滿足要求智慧工業環境監測終端靜止且較為集中的行 業應用，兩種技術均能滿 足需求，但因涉及到企業 數據隱私問題，可以用 LoRa部署私有網絡，因此 LoRa更合適。農業與環境農業氣候 土壤監測兩種技術均能滿足，但 NB-IOT在偏遠地區及農村 覆蓋差，LoRa更合適。機控系統 監測智慧物流物流終端有移動性且地域分布 較廣，NB-IOT更合適。自動販售 機終端地域分散廣泛，NB- IOT更合適

28、。24物聯網LPWA技術概況1中國LPWA技術發展現狀2中國LPWA技術之爭3中國LPWA技術發展趨勢4國內LPWA技術的發展趨勢60%11%29%NB-IOT公共事業智慧城市智慧物流消費與醫療來源：研究院自主研究繪制。25.LoRa智慧工業農業與環境NB-IOT屬于運營商網絡可實現全國連片覆蓋且蜂窩網絡 能提供更高的服務質量，更適合公共事業，智慧城市， 智慧物流及消費與醫療等終端地域分布廣泛且有移動性 的分散型場景。LoRa設備成本低、部署靈活且數據保密 性強等特性使其能滿足個性化需求的場景，農業及企業 等專有網絡是其最合適的應用領域。智慧樓宇主要包括 商場，寫字樓中智慧煙感，警報器等應用場景，終端靜 止且無移動性，雖然兩種技術均能滿足要求，但蜂窩網 絡先天性深度覆蓋不足，在快速搶占市場的階段LoRa更 具競爭力，因此到2025年LoRa連接量占比趨于40%。NB-IOT為主LoRa為輔共同促進LPWA技術發展萬物互聯將帶來百億級連接，正如前文所講LPWA技術作為廣域物聯網的主力主要應用于七大垂直領域，應用場景具有極強 的差異性且行業特征明顯，單一技術不能滿足所有的場景需求，目前國內NB-IOT與LoRa已落地場景重疊