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2018/10/18 16:15:55

关于nb-iot技术发展的讯息

  相对于传统产业,物联网的产业生态比较庞大,需要从纵向产业链和横向技术标准两个维度多个环节进行分析。对于低功耗广域网络,从纵向来看,目前已形成从“底层芯片—模组—终端—运营商—应用”的完整产业链。
 
    而其中,芯片在NB-IoT整个产业链中处于基础核心地位,现在几乎所有主流的芯片和模组厂商都有明确的NB-IoT支持计划。
 
    NB-IoT的技术优势是覆盖广、功耗低,而实现这两个目标的关键在于终端芯片。它是整个产业链的核心技术难点所在,它需要芯片厂商有深厚的技术积累和巨大的资源投入。而芯片一旦达到成熟商用条件,则可以批量发货并对整个产业下游的应用创新起到巨大的推动作用。
当前华为海思、高通、英特尔、联发科、中兴微电子、大唐、展讯等厂商已有NB-IoT芯片的研发计划和实施步骤,其中,华为是目前NB-IoT芯片领域最主要的推动者之一,同其他竞争者相比,华为不论是技术还是上都处于领先地位,其芯片出货量同NB-IoT发展进度关系密切。
根据华为官方公开的数据来看,2017年3月华为NB-IoT 芯片Boudica 120正式进入了商用,目前可以月发货百万量级,Boudica120(支持700/800/850/900Mhz)6月底开始大规模出货,预计月出货量可达100万片;另外一款旗舰Boudica 150(支持联通的1800M)将于4季度大规模商用出货。
 
   另外根据华为的芯片出货计划,和高通、Intel、中兴微电子等量产规划图,预计2017年下半年将是NB-IoT芯片开始集中大规模出货的时间段,整体规模有望达到千万量级,市场关心的NB-IoT技术成本下降时点或许开始到来。
   参考中国电信的数据以及产业链调研结果:NB-IoT模组上市初期,量产价格预计在90-110元左右;累计出货量达到百万级时,价格有望下降15-20元左右到70-90元;当出货量达到500万级别,价格可下降到50元左右;当出货量进入千万级别,模组价格将在30元以内(相当于目前2G IoT模块的价格水平)。
 
   根据前瞻产业研究院的了解,部分与华为合作的模组厂商在2017年5月获得中国电信的模组补贴后,模组售价在50-60元,由于电信单个模组补贴约20元,所以补贴前实际的模组价格高达80元。从出货量和价格关系可以推断,5月份时华为Boudica120 出货量仍然不到100万量级。
 
华为NB-IoT芯片Boudica 120从7月开始月出货量预计超过100万是重要的临界点,后续的模组成本将快速下降,经过一年左右芯片出货量达到千万以上时NB-IoT价格将小于30元,可以同2G的物联网模块直接竞争,NB-IoT的经济性需求开始出现。
 
 
多年来,围绕物联网关键技术,NB-IoT、eMTC、甚至包括LoRa/Sigfox等标准身后其实均不乏主流运营商的身影。在2G、3G、4G时代,由于运营商网络难以满足物联网对于低成本、低功耗、海量联接的需求,因此运营商蜂窝物联网的市场占比一直不见明显提升。
 
在5G的革命性推动下,NB-IoT以其独特优势被全球运营商看作加速物联网落地的最佳契机,不断提振信息通信产业寻求下一增长的信心。在全球范围内,NB-IoT市场规模不断扩大。国内三大运营商在2017年持续公开发声,竞相部署NB-IoT建设,迫切寻求数字化转型,试图在物联网领域寻求弯道超车。
 
在具体进程上来看:中国电信稳健推进NB-IoT网络,在2017年电信日期间宣布建成全球首个覆盖最广的商用NB-IoT网络,率先实现了NB-IoT全网部署商用,并预计2018年用户规模过亿。同期,中国联通公布上海联通建成全球首家试商用的NB-IoT网络,此前中国联通的NB-IoT试点已经在上海、北京、广州、深圳等10余座城市开通。
中国移动则选择同时部署NB-IoT和eMTC,截至2017年5月,中国移动物联网连接数突破1.2亿,成为全球最大的物联网连接提供商。8月初,中国移动公布《中国移动2017-2018年蜂窝物联网工程无线和核心网设备设计与可行性研究集中采购招标公告》和《2017-2018年窄带物联网天线集中采购项目招标公告》,甩出395亿大单,再次刺激业界的神经。
三大运营商加码部署之下,NB-IoT全网覆盖逐步展开,共享单车、智慧家庭、智能表计、工业物联网、车联网等物联网创新应用迅速落地,垂直行业应用百花齐放。
 
与以往不同的是,NB-IoT标准与技术的主导者涵盖了产业链各个环节。2014年开始,华为、高通、Intel、爱立信等全球行业巨头就开始尝试技术革新,以满足物联网需求,2017年更是紧锣密鼓地在芯片、终端、技术、平台与应用等层面布局物联网产业,通过构建产业联盟等形式,打造多样化物联网生态体系。
 
正如产业所期待的,万物互联愿景的实现需要产业链各方以及各领域跨界合作,最终惠及用户。随着生态系统建设日益完善,运营商、设备商加速圈地物联网,迎接万物互联,抓百亿级市场机遇。
目前,通信市场正处于4G建设高峰已过,5G尚未来临的“真空期”,物联网的海量连接有望给已经饱和的电信市场带来二次增长。尤其是在各种终端的垂直使用上,比如农业、医疗、汽车和物流、制造、能源、公共设施和零售等细分领域,NB-IoT的市场潜力已经被充分验证。
 
众所周知,NB-IoT分为三种部署方式:独立部署(Stand alone)、保护带部署(Guard band)和带内部署(In-band)。独立部署适用于重耕GSM频段,GSM的信道带宽为200KHz,这刚好为NB-IoT 180KHz带宽辟出空间,且两边还有10KHz的保护间隔。保护带部署利用LTE边缘保护频带中未使用的180KHz带宽的资源块。带内部署利用LTE载波中间的任何资源块。
不过,上一段的最后一句话是错误的。在带内部署模式下,有些PRB,NB-IoT是不能占用的。
与LTE一样,NB-IoT终端在开机并搜索载波(小区)时,会在可能的频率范围内重复PSS/SSS的搜索和检测过程,直至搜索到相应的载波(NB-IoT锚定载波),频率扫描的栅格(raster)大小为100kHz。
 
所谓栅格(raster)也是用于调整LTE载波频率位置的最小单位,表示各个频点间的间隔应该是100KHz的整数倍,相当于一条高速路划分为若干车道,两个车道之间的中心距离为100KHz的整数倍。手机终端在频率扫描是就是按100KHz整数倍来扫描的。
 
这个100KHz的频率扫描栅格(raster)意味着在带内部署时,NB-IoT锚定载波必须位于确定的PRB中。例如,对于10MHz带宽的LTE,NB-IOT既不能占用同步和广播信道所在的PRB,又要满足100kHz raster要求, 因此其带内NB-IoT只能位于4, 9, 14, 19, 30, 35, 40, 45号PRB。
 
基于蜂窝的窄带物联网(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180KHz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级。
 
NB-IoT主要用来取代GSM通信,虽然我们之前揭了NB-IoT的短,在实际项目开发中,还是会有不少好处。和GSM相比,主要是:总体价格相差不大,高密度传输省电明显。

 
补贴后模块价格相当现在GSM模块价格在20块左右,NB-IoT模块价格在50以上。表面看,NB要比GSM贵的多,但是有运营商补贴,一台设备补贴30块,成本就拉平了。
 
NB-IoT可以省掉外挂MCU,如果使用GSM传输,必须要外挂一颗低功耗MCU来做低功耗业务。这里也需要10块钱左右的成本。而如果用NB-IoT处理器,就可以不要外挂MCU,成本再节约10块钱。
 
实时传输,NB-IoT(智能锁),智能锁远程下发了开锁指令,不能让客户傻傻的站几分钟才开锁,得做到立即开锁。如果用GSM来做,GSM必须在网,待机功耗约2mA,GPRS必须建立长连接,至少3-5分钟要发个心跳包,心跳包折合1mA。总待机电流3mA。
 
如果用NB-IoT来做,只需要NB-IoT在DRX模式下待机,功耗约1mA,且无需建立长连接。总待机电流1mA。智能锁功耗,用NB比用GSM小了2/3,且基站推送信息比服务器推送信息更稳定。(摩拜第一代单车锁,为了避免长连接中断,采用了GSM短信开锁,速度和稳定性比得上NB-IOT,但短信价格就比流量贵的多了。)

 
定位器、防丢器类的产品,接收服务器的控制命令晚几分钟也没关系,属于“低延迟传输”的场景。如果采用GSM, 可以断开GSM网络,每隔重连,5分钟访问一次服务器,总待机电流在1.2mA以内。
如果采用NB-IoT,打开到eDRX模式,把下发延迟调到5分钟,总待机电流在0.2mA以内。定位器功耗,使用NB比GSM,小了近90%。
远程抄表、数据采集等,一天只发一两次数据,甚至几天才发一次数据,此时GSM和NB的平均功耗虽然也能相差一两倍,但是基数非常低,都是0.01mA以下,可以认为对实际使用影响不大。
 
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