一文读懂 NB-IoT 的现状、挑战和前景

如今，“万物互联”的时代帷幕已被物联网悄然拉开。

“万物互联”时代，首先要解决“物”与“网”的连接问题，所以“连接技术”决定了物联网发展的走向。为满足物联网设备的连接需求，LPWAN(Low Power Wide Area Network，低功耗广域网)应运而生。LPWAN 专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计。

物联网连接技术的世界从来没有霸主一统江湖。

以LoRa 为代表的非授权频段物联网和以 NB-IoT 为代表的授权频段物联网，各自攻城略地。

笔者在上一篇文章《物联网中的 LoRa，到底是个什么鬼?》中对 LoRa 技术进行了介绍，本篇文章就来了解一下 NB-IoT 的相关情况。

NB-IoT 知多少?

NB-IoT 是指窄带物联网(Narrow Band Internet of Things)技术，是一种低功耗广域(LPWA)网络技术标准，基于蜂窝技术，用于连接使用无线蜂窝网络的各种智能传感器和设备，聚焦于低功耗广覆盖(LPWA)物联网(IoT)市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。

NB-IoT 技术可以理解为是 LTE 技术的“简化版”，NB-IoT 网络是基于现有 LTE 网络进行改造得来的。

LTE 网络为“人”服务，为手机服务，为消费互联网服务;而 NB-IoT 网络为“物”服务，为物联网终端服务，为产业互联网(物联网)服务。

NB-IoT 使用 License 频段，可直接部署于 GSM 网络、UMTS 网络或 LTE 网络，与现有网络共存，以降低部署成本、实现平滑升级。

NB-IoT 的特点

低功耗

低功耗特性是物联网应用一项重要指标，特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合。NB-IoT 聚焦小数据量、小速率应用，因此 NB-IoT 设备功耗可以做到非常小，设备续航时间可以从过去的几个月大幅提升到几年。

低成本

NB-IoT 是基于 LTE 网络的技术，所以在现网 LTE 网络的基础上进行改造，就可以很快组网，很快扩大覆盖。目前各大运营商仍在大力推动 LTE 网络建设，也有利于 NB-IoT 的覆盖改善。

强连接

在同一基站的情况下，NB-IoT 可以比现有无线技术提供 50-100 倍的接入数。一个扇区能够支持 10 万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。在一个不太大的空间，放置更多设备而互相又不会有干扰，NB-IoT 足以轻松满足未来智慧家庭中大量设备联网需求。

广覆盖

NB-IoT 室内覆盖能力强，比 LTE 提升 20dB 增益，相当于提升了 100 倍覆盖区域能力。不仅可以满足农村这样的广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。

NB-IoT 发展历程和现状

在过去这几年，NB-IoT 是当之无愧的行业网红，备受追捧。三大运营商拼命推动它的商用落地，政府出台了各项文件政策给它铺路，设备商们更是不遗余力地进行宣传造势。

来回顾一下 NB-IoT 的发展历程：2013 年，业内相关厂商、运营商展开窄带蜂窝物联网发展，起名为 LTE-M;2014 年由沃达丰、中国移动、Orange、意大利电信、华为、诺基亚等公司支持的 LTE-M 在 3GPP GERAN 工作组立项，被重新命名为 Cellular IoT;2015 年，华为和高通共同宣布了 NB-CIoT 方案;同年 8 月，爱立信联合几家公司提出了 NB-LTE 概念;2015 年 9 月，NB-CIoT 和 NB-LTE 两个技术方案进行融合，NB-IoT 正式诞生。

NB-IoT 从 2015 年 9 月 3GPP 在 RAN 全会达成一致以后，得到全球大多数的运营商、通讯设备厂商、芯片厂商、终端厂商的支持和响应，这标志着世界范围的物联网通信标准已经产生，并将为整个产业链带来巨大商机。

业内人士认为，2016 年是 NB-IoT 商用元年。如同过去十几年移动互联网渴望 4G 时代的到来一样，如今的物联网也无比渴望着一个深度覆盖强大的 NB-IoT 蜂窝物联网基础网。事实上，2016 年 6 月才首次完成标准化工作的 NB-IoT 到现在仅仅三年多的时间，飞速发展的 NB-IoT 就走完了 2G 窄带物联网用了很多年才走完的路。

政策方面，在 2017 年 6 月，工信部发布了《关于全面推进移动物联网(NB-IoT)建设发展的通知》，通知要求：一是加强 NB-IoT 标准与技术研究，打造完整产业体系;二是推广 NB-IoT 在细分领域的应用，逐步形成规模应用体系;三是优化 NB-IoT 应用政策环境，创造良好可持续发展条件。

为了配合产业转型升级，引爆新的经济增长点，运营商以 NB-IoT 物联网为突破口，开启一次次大规模的 NB-IoT 模块招标来加速 NB-IoT 应用和产业发展。然而，此举催生了一场模块厂商在价格方面的激烈竞争，短短几年间，模块价格从 70 元人民币下降到 20 元，NB-IoT 芯片价格从 5 美金杀到 2 个美金以下，市场情形惨烈。

从市场数据来看，2017 年华为海思推出 Boudica120 国内第一颗 NB-IoT 芯片至今，累积出货 2000 万颗，而其他国内 NB-IoT 芯片厂家总出货量不超过 1000 万颗。

从发展现状来看，截至今年 5 月底，全球已有 84 张 NB-IoT 网络商用(GSMA)，全球模组种类已超过 100 种，成为全球应用最广的物联网技术之一。国内 NB-IoT 用户数已经达到 3000 万。同时，国内的消费级物联网硬件销售额预计在 2022 年超过 3000 亿美元，年复合增长率超过 20%。

NB-IoT 市场仍然格局未定，产业链上下游厂商都想抓住这个市场机会，分得 NB-IoT 市场一杯羹。

NB-IoT 的挑战和前景

据 GSMA 最新发布数据，2018 年全球蜂窝物联网连接数大部分来自现有的 2G/3G/4G，物联网连接总数达 7.6 亿个，NB-IoT 物联网连接数不到 10%。

可以看到，NB-IoT 目前的市场份额相对较少，究其原因，大概如下：

功耗问题

NB-IoT 的主要优势之一是低功耗。当前的物联网产品上，大家普遍还是用 2G 模块，NB-IoT 的功耗比 2G 略好一点，但在中等频率和高频率实时使用中并没有绝对优势，两者功耗没有明显差别，NB-IoT 深度待机(PSM 模式)的功耗和 2G 掉电模式差不多。以目前 NB-IoT 模块的功耗，电池待机时间根本无法支持长达 10 年，因此很多新的应用也起不来;

网络覆盖问题

另一方面，NB-IoT 网络相对 2G/3G/4G 网络，覆盖面和覆盖质量还是非常有限，目前还存在问题，这也导致了用户缺乏对它的信心;

商用盈利问题

即使运营商开启高频服务功能，每年 NB-IoT 资费可以提升到 35-40 元，虽然提升了物联网业务的 ARPU 值(每用户平均收入)，但对于运营商的直接收入贡献还非常有限。相比三大运营商的年营收体量，NB-IoT 资费收益依然不值一提;

信息安全风险

物联网会让我们的生活变得便利和美好，但信息安全是提前。NB-IoT 的发展让应用更加智能化的同时，也带来了信息安全风险，必须重视物联网中应用层到各端点的安全体系建立。NB-IoT 信息安全体系的建立，需要整个生态系统中的所有参与者从网络设备、终端数据采集模块、数据传输和系统方案来一起解决和建立。NB-IoT 信息安全体系的建立也需要时间和过程。

推广问题

在非技术层面，作为 NB-IoT 在行业落地的主要推动者，运营商在政企用户市场经营和方案落地推广上的表现都不尽人意。另外，NB-IoT 产业链相关部门，在推动 NB-IoT 技术落地时，心态过于浮躁，看重形式主义，也是原因所在。

总之，性能指标夸大、网络覆盖不佳、商业模式存在问题、心态浮躁等，是 NB-IoT 市场扩展受阻的主要原因。

为了进一步推动 NB-IoT 的发展进程，国内运营商都在大力部署 NB-IoT 基站，2019 年，我国预计将建成 90 万个 NB-IoT 基站、到 2020 年将建成超过 150 万个 NB-IoT 基站、到 2025 年 NB-IoT 基站规模将达到 300 万。

目前，中国移动在全国已经建成 NB-IoT 基站超过 20 万，覆盖 346 个城市。根据中国移动预测，2019 年底，中国运营商蜂窝物联网连接超过 11 亿，其中，中国移动蜂窝连接超过 7.8 亿。据悉，2018 年中国移动物联网终端补贴成本投入 20 亿元，其中，10 亿是专门给 NB-IoT，最高补贴率可以到达 80%，还推出了 20 元和 40 元两档 NB-IoT 套餐，希望满足不同的行业客户对网络的需求。

中国电信早在 2018 年就已建成了全球最大的 NB-IoT 网络，建成 NB-IoT 基站超过 40 余万个，实现城乡全覆盖，承载 1 亿物联网连接。在资费方面，中国电信 2018 年 6 月 20 日发布了 NB-IoT 业务套餐，该资费套餐是按照“连接次数”计费，套餐内规定一定的连接数，超出套餐外的连接次数部分另行收费。

中国联通在去年中旬就宣布已经完成了 30 万个 NB-IoT 基站升级工作，已经在全国数十个城市开通 NB-IoT 试商用，全国已经有 300 多个城市具备快速接入物联网的能力。

此外，国外众多运营商也纷纷支持 NB-IoT，Vodafone、德国电信、软银等几十家运营商均已经部署了 NB-IoT 商用网络，美国 T-Mobile 也已经宣布商用了 NB-IoT，全球运营商的创新先锋 AT&T 和 Verizon，也积极进行 NB-IoT 的商用试点。

多维度下的 NB-IoT

万到 2018 年的 3000 万，今年上半年已超过 5000 万用户，在智能水表、智能气表、电动车跟踪、智能烟感等行业应用预计将在一两年内出现千万级连接，并且有望将很快达到十亿级别规模。在国内，三大运营商对于 NB-IoT 的热情持续高涨，如在基站建设方面，业界预计 2019 年我国将建成 90 万个 NB-IoT 基站;

凭借广覆盖、低功耗、低成本、大连接等特点，NB-IoT 已经成为蜂窝物联网领域的主流技术。根据市场研究机构 Counterpoint IoT 的最新研究数据显示，全球物联网蜂窝连接数将在 2025 年突破 50 亿大关，其中 NB-IoT 的贡献比将接近一半。

产业链规模方面：伴随 NB-IoT 海量连接需求的出现，对于 NB-IoT 模组以及 NB-IoT 芯片都带来了强烈需求。例如芯片侧，NB-IoT 等物联网 SoC(即将 MCU 和调制解调器/基带实现集成)正在推动掀起下一波物联网浪潮，包括海思、高通、联发科、移芯等在内的芯片企业都在角逐 NB-IoT SoC 芯片市场，目前已有十几家 NB-IoT 芯片厂家，上百个型号的模组，1500 多个产业伙伴，以及公共事业、医疗健康、智慧城市、消费者、农业环境、物流仓储、智能楼宇、制造行业等十余个行业标准逐渐落地，NB-IoT 已经完全具备替代 2G/3G 窄带物联网技术的能力;

模组价格方面：NB-IoT 价格已经逼近 2G 模组，随着芯片出货量的增加以及生态的成熟，NB-IoT 模组售价有望继续降低;

标准方面：早在 3GPP R13 协议中，NB-IoT 核心标准就已冻结;R15 协议更是支持 NR 与 NB-IoT 的共存部署方案，从而确保了 5G 部署后存量的 NB-IoT 终端业务不受影响;在 R16 协议中，NB-IoT 仍然将是 LPWA 的主要应用技术，更是明确支持 NB-IoT 接入 5G 新核心网，确保 NB-IoT 在 5G 时代技术发展的连续性;在即将于 2019 年年底启动立项的 R17 协议中，爱立信、高通等公司明确提出 R17 LPWA 基于 NB-IoT 继续演进。

NB-IoT 芯片厂商

从 NB-IoT 技术诞生可以看出，NB-IoT 技术一直被行业大佬所支持，目前国内 NB-IoT 芯片厂商都有哪些?

NB-IoT 芯片厂商：

国内：华为海思、紫光展锐、联发科、中兴微电子、上海移芯、创新维度、芯翼信息、松果电子、智联安、ASR、汇顶科技等;

国外：高通、三星、Altair、思宽、Nordic、GCT、Riot Micro、CEVA 等。

NB-IoT射频前端芯片厂商：

国内：紫光展锐、汉天下、慧智微、飞骧科技、三伍微等;

国外：Skyworks，Qorvo。

结语

今年随着 5G 牌照的发放，正式进入 5G 元年，5G 具有 Gbps 以上超高带宽、毫秒级超低时延、以及高可靠等优势，除了商用初期应用于 eMBB 增强型移动宽带以外，充分利用 5G 蜂窝网络，还将带动超宽带、低时延物联网的发展，助推行业数字化转型。

那么在大带宽的 5G 时代，NB-IoT 下一步的演进将何去何从?

事实上，对于 NB-IoT 的未来走向，3GPP 早已指明了方向：NB-IoT 将继续服务于 5GLPWA 用例，我国向国际电信联盟提交的 5G 候选技术方案将 NB-IoT 作为重点之一，也与 3GPP 等国际标准化组织的技术演进路线保持一致。

对于 NB-IoT 的未来走向，可以预见 NB-IoT 还会与现有网络共存共生。基于 4G 的 NB-IoT 和基于 5G 的 NB-IoT 将会是长期共存，两者不是竞争和替代关系，而是相辅相成。同时 5G 指明了 4G 的未来演进路线，从而给予了垂直行业采用可持续演进和升级的 3GPP 技术的信心，能够满足行业市场深化部署和优化性能的未来发展需求。

当产业走到万物互联的 5G 时代，NB-IoT 也将迎来了新的发展机遇。