概況：LPWA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。

現狀：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-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。

競爭：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。

趨勢：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。

物聯網LPWA技術概況

▌LPWA技術背景介紹

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。

▌LPWA技術發展歷程

NB-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、LoRa(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技術的“朋友圈”

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。

▌無線通信技術關鍵指標對比

LPWA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。

▌全球LPWA技術連接量占比

2025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。

中國LPWA技術發展現狀

▌國家政策頻發推動物聯網發展

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。

▌國內已形成NB-IOT與LoRa兩大陣營

運營商加快NB-IOT基站建設，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。

▌NB-IOT與LoRa促進物聯網快速發展

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。

▌國內LPWA技術應用場景

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，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%。

中國LPWA技術之爭

▌LPWA技術關鍵指標對比

從理論值來看NB-IOT性能具備較大優勢

前文講到目前主流的LPWA技術有Sigfox，LoRa，NB-IOT與eMTC，相較于前三者eMTC速率較高，功耗較大，適用于中速率且對功率沒有太敏感的業務，對于低速率，廣覆蓋，低成本，低功耗類業務，主要競爭在前三者之間，本文主要對前三者的關鍵指標進行對比,從理論值來看NB-IOT性能具備較大優勢。

▌工作頻段和服務質量

NB-IOT工作在授權頻段能提供更高的服務質量

無線電頻譜即無線電波，是介于3HZ到30GHZ之間的電磁波，是一種有限不可再生資源，為避免各國無線電磁波帶來的有害干擾，全球無線電頻譜由國際電信聯盟(ITU)統一分配和管理。目前世界各國政府都將頻譜列為國家所有，監管且有償使用，在我國使用者需要向無線電管理機構申請，獲得批準后才可使用，即授權頻段。每個國家也會免費開放一段頻譜給工業、科學、醫學三個主要機構使用，稱之為ISM(IndustrialScientific Medical) 頻段，即非授權頻段。

▌頻譜利用率與終端功耗

NB-IOT比LoRa更適合高速率且通信頻繁的應用場景

NB-IOT與LoRa設計理念與實現傳輸的方式不同導致通信能力有所差異。LoRa是專為低功耗而設計，采用異步傳輸方式，終端不需要實時與基站保持同步從而降低了終端功耗，但每次通信需要攜帶同步信號因此增加了頻率資源開銷導致頻率利用率低;NB-IOT是基于4G的蜂窩通信技術，最初的設計理念是最優的頻率利用率以提升傳輸速率，采用同步傳輸方式，通信時不需要攜帶同步信號從而減小頻率開銷提升了頻譜利用率，但需要實時與基站保持同步增大了終端功耗。因NB-IOT有較高的頻譜利用率，故能提供比LoRa更高的傳輸速率，如前文分析NB-IOT上行峰速的理論值是LoRa的5倍。

在不需要通信時終端會進入休眠狀態以降低功耗，基站只能在終端蘇醒時才能下發命令導致下行時延高，為滿足不同場景對通信頻次的需求，LoRaWAN定義了ClassA、ClassB、ClassC三種終端工作模式，休眠期依次遞減，功耗依次遞增;NB-IOT規定了PSM,eDRX及DRX三種工作模式，功能與LoRa的三種終端工作模式類似，通過休眠來降低功耗，但在性能方面NB-IOT能提供更小的下行時延，相較于LoRa更合適頻繁通信的應用場景。

▌網絡部署與商業模式

建網資格和建設成本決定了NB-IOT與LoRa商業模式不同

從建設資格來講，因受限于網絡運營牌照和業務許可，只有運營商有資格在全國建設一張NB-IOT網絡并運營，國內暫時沒有一家企業具備在全國建設一張LoRaWAN網絡并運營的資格與能力，目前企業不需要申請就可以在小范圍內部署私人LoRa網絡，若規模部署需要獲得政府許可。從建設成本來講，NB-IOT是基于4G的窄帶蜂窩技術，無論是升級改造還是獨立部署都需要高昂的成本支撐，LoRa網絡架構簡單，根據功能和性能不同網關(基站)價格差異較大，但大多集中在萬元以下，企業可實現靈活部署，因此整體來看NB-IOT是先建網后應用，LoRa是按需部署網絡。

▌LPWAN已形成完整的產業鏈

LoRa芯片封閉不利于產業生態的發展

物聯網的發展離不開產業鏈上下游企業的共同努力，要依靠各環節龍頭企業大力推動，雖然NB-IOT起步比LoRa晚，但自2016年6月NB-IOT標準凍結后，國內外企業積極加入共筑NB-IOT產業生態，目前兩者皆已形成完整的產業鏈。

從整體來看，產業鏈各環節均呈百花齊放之態，唯有LoRa芯片市場集中度極高，semtch一家占據了90%的份額。前文講到LoRa核心技術掌握在semtech公司手中，主要采用晶圓授權和IP授權開放給其他公司，只有得到IP授權的公司才能在IP基礎上按照市場需求進行深入研發，今年9月份阿里巴巴成為繼意法半導體之后第二家被semtech IP授權的公司,技術封閉不利于LoRa產業生態的發展，不利于在競爭激烈環境中的推廣。相信未來semtech會逐漸放開IP授權，完善LoRa產業鏈。

▌LPWA技術七大應用領域

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。

▌NB-IOT與LoRa應用場景分析

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。

中國LPWA技術發展趨勢

▌國內LPWA技術的發展趨勢

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已落地場景重疊嚴重競爭激烈，未來兩種技術必定在競合之間找到各自定位最終呈現以NB-IOT為主LoRa為輔協同發展的局面，而周期的長短取決于兩種技術的推動者認識到以場景需求驅動技術發展重要性的速度，在這個相互融合的過程中服務提供商是否能立足于網絡環境和技術本身的特性，按照實際應用場景需求，有針對性的制定解決方案也是縮短該周期的關鍵。前文基于網絡環境及應用場景需求對LPWA技術七大應用領域進行了技術選擇分析，根據NB-IOT與LoRa應用領域的連接量進行預測，預計到2025年NB-IOT與LoRa在國內的發展趨于6:4的格局。

▌國內NB-IOT需要在發展中不斷完善

NB-IOT自我完善期間給與LoRa更多發展機會

正如前文分析，自2016年6月NB-IOT標準凍結以來，在國家政策支持及運營商積極推動下，國內NB-IOT發展呈一片繁榮之態，上下游產業鏈初步形成，網絡已實現全國覆蓋，在高額補貼的刺激下應用種類與連接量也突飛猛進，貌似已超越LoRa發展多年的積累，雖然從技術本身NB-IOT具有較大優勢，但與LoRa相比發展時間短，產品穩定性差，網絡全面覆蓋和深度覆蓋不足，類比移動4G網絡耗費近4年時間才被打造成一張精品網，NB-IOT雖不需打造一張精品網，但依然需要約兩年時間進行技術完善及網絡優化才能真正發揮出優勢，而在這段時間網絡及產品的不穩定性在一定程度上影響了NB-IOT的應用推廣，同時市場需求會推動相對更成熟的LoRa向更多應用方向發展，換句話說近兩年LoRa的發展直接影響其在中國LPWAN的占比。