LpwA技術具有廣覆蓋、低功耗和低成本特點,非常適合需要遠距離傳輸、數據量較小、電池續航時間長且成本敏感的物聯網應用。當前,LPWA技術主要分為兩類:基於非授權頻譜的專利技術,如LoRa、Sigfox;基於授權頻譜的蜂窩技術,如NB-IoT、EC-GSM、LTE等。本文介紹這些主流技術,並對其覆蓋能力、網絡容量、功耗情況、模組成本、產業支持及成熟度進行比較分析。
NB-IoT技術特點：
NB-IoT的全稱窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things），是IoT領域一個新興的技術，正在成為物聯網發展的一個重要分支。NB-IoT構建於蜂窩網絡，只消耗大約180KHz的帶寬，可直接部署於GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡。它能夠迅速發展主要是因為以下特點：
1、覆蓋廣，NB-IoT的覆蓋範圍比傳統的GSM網絡要好20個db。如果按照覆蓋範圍計算，一個基站可以提供10倍的覆蓋範圍。
2、能支持海量連接，200KHz頻率下，藉助NB-IoT一個基站可以提供10萬個連接。
3、低功耗，NB-IoT通訊模組電池可以十年獨立工作，而不需要充電。
4、低成本，NB-IoT模組的成目標小於5美金。
LoRa的思路是提供一種技術，讓其他公司的業務在全球範圍內組成物聯網。它的技術核心是升特公司(收購了一家法國公司Cycleo)成立了LoRa聯盟，開發高級協議，並且向會員免費開放。LoRaWAN協議定義了設備之間如何通訊，數據如何傳輸給設備。
LoRa能夠進行1-20km的長距離傳輸，城市裡，無線距離範圍在1~2公裡，郊區或空曠地區，無線距離最高可達20km。節點數可達萬級甚至百萬級，一個網關可以連接多少個節點或終端設備。如果採用較低的數據速率可以使電池壽命達到3-10年，和NB-IoT技術相當。
相對於全國的部署，LoRa更適合區域性的部署。Ingenu在市場報告中指出，LoRa的生命周期為20年以上。從商業模式上來分析，升特本質上一家賣晶片的硬體公司。他們建立標準，支持大量合作者開發硬體和設備，既支持運營商建設設備，同時允許獨立的開發者部署，允許用於公用或私用的網絡。因為晶片資源壟斷在升特公司在手裡，所以商業模式比較清晰，據測算，單晶片升特的利潤在0.5美金左右，這個利潤是國內低端晶片設計公司望塵莫及的。
可以說，LoRa技術完美地體現了LPWA設計中「利用低頻段覆蓋去提升覆蓋的廣度與深度、使用基於子信道的頻率復用去提高單基站的容量、簡化終端與網絡交互過程實現終端能耗的節省和通過標準化與產業聯盟形式的運作去控制成本」的四個關鍵思想。
3G：第三代移動通信技術（3rd-generation，3G），是指支持高速數據傳輸的蜂窩移動通訊技術。3G服務能夠同時傳送聲音及數據信息，速率一般在幾百kbps以上。目前3G存在四種標準：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。
4G：是第四代移動通信及其技術的簡稱，3G是第三代移動通信技術的簡稱。相比3G，4G帶寬更高，能夠傳輸更高質量的視頻及圖像。
5G：將有更大的容量和更快的數據處理速度，通過手機、可穿戴設備和其它聯網硬體推出更多的新服務將成為可能。5G的容量預計是4G的1000倍。4G網絡是專為手機打造的，沒有為物聯網進行優化。5G技術為物聯網提供了超大帶寬。與4G相比，5G網絡可以支持10倍以上的設備。可以說5G技術的產生會帶來革命性的體驗。
從速度上來說，打一個形象的比方，3G/4G/5G的關係就好像是公路，高速公路，高鐵。
從3G發展而來的LTE技術，它並不是4G技術，客觀地說LTE是一種3.9G的通信技術，有通信速率有了提高，下行峰值速率為100Mbps、上行為50Mbps。它也有非常鮮明的特點：
1、頻譜效率高，下行鏈路5(bit/s)/Hz，(3--4倍於R6HSDPA);上行鏈路2.5(bit/s)/Hz。
2、以分組域業務為主要目標，系統在整體架構上將基於分組交換。這個應用場景和3G/4G/5G比較類似。
3、QoS保證，通過系統設計和嚴格的QoS機制，保證實時業務(如VoIP)的服務質量。
4、系統部署靈活，能夠支持1.25MHz-20MHz間的多種系統帶寬，並支持「paired」和「unpaired」的頻譜分配。
5、降低無線網絡時延：子幀長度0.5ms和0.675ms，解決了向下兼容的問題並降低了網絡時延，時延可達U-plan<5ms，C-plan<100ms。
6、在保持目前基站位置不變的情況下增加區域邊界的比特速率。如MBMS(多媒體廣播和組播業務)在小區邊界可提供1bit/s/Hz的數據速率。
全稱為Extended Coverage-GSM-IoT。從名字就可以看出，EC-GSM-IoT和GSM網絡標準有這緊密的聯繫，它是GSM的延伸技術，現有的GSM基站只需要進行簡單的軟體升級就可以適用於符合EC-GSM-IoT標準的智能設備，最便於部署和推廣。
EC-GSM的單基站容量也非常大，最多可以達到5萬個結點，相比普通GPRS，在33dBm功率水平下的覆蓋範圍提升了20dB，這一點與NB-IoT相當。
Sigfox是一種超窄帶技術，在設計之初，它就以降低速率為代價，獲得了通信距離與功耗上的指標優勢。可以說完美地實踐了新技術設計中的「取捨」思想。
因此SigFox也是商用化速度較快的一個LPWAN網絡技術，網絡設備僅消耗50微瓦的功率。這一協議由SigFox公司擁有，其創始人是法國企業家Ludovic Le Moan，主要打造低攻耗、低成本的無線物聯網專用網絡。
可以說Sigfox技術是很被大家看好的，發展融資的速度也一度成為法國融資史上之最。在歐洲和日韓的運營商的大力支持下，Sigfox的網絡覆蓋了荷蘭、西班牙、英國、法國的數十個大城市，而且和Atmel，TI等國際大廠合作緊密，它的野心是從法國本土擴展到全歐洲，再到亞洲、北美，直至成為全球物聯網運營商。
Sigfox的網絡在結構上跟傳統的無線網絡相差極大，可以說是個連網絡概念都沒有的網絡—只有在有載荷要傳輸的情況下才連接。這種無線架構使用了超窄帶調製技術，在理論上僅靠少量網絡傳送器即可支持數百萬設備。
而在設備側，嵌入物體中的無線模塊大小約為兩個拇指頭，發送功率僅為蜂窩網絡環境下嵌入模塊的1/50。如此低的功耗意味著物體幾乎不需要外部供電。僅靠內部電池即可維持連接，時間可長達20年。
從傳輸速率來講，5G>4G>LTE>3G>EC-GMS>NB-IoT>LoRa>Sigfox
從傳輸距離來講，Sigfox>5G≈NB-IoT>LoRa>4G>LTE≈EC-GMS>3G
從功耗來講來，5G>4G≈LTE>3G>LoRa≈EC-GMS>NB-IoT>Sigfox
從成本來說，5G>4G≈LTE>3G>EC-GMS>LoRa≈NB-IoT>Sigfox
總的來說，NB-IoT技術由於上文提到的種種優點備受各方的支持，在國內尤其受到華為系等大廠商的支持。更有業內看好這一技術的人士有一些激進的觀點認為NB-IoT將取代LoRa等競爭對手。
筆者對此還持保留態度，一方面，2015年成立的LoRa聯盟，對於推動LoRa技術的快速發展可謂功不可沒，一直以來，開放性和非盈利性對於技術發展的助推力是很大的。拋開LoRa技術而言，Sigfox這一富有特色的廣域網技術，在低速率、超低功耗和長距離通訊這一特定場合下可以說擁有碾壓性的優勢，另一方面以法國為代表的歐洲力量對於這一由他們自己開發確立的技術還是抱有非常強烈的情節。
物聯網時代將有數以百億物體接入網絡中，傳統的移動蜂窩網廣域網技術，雖然可以滿足大範圍或者移動性的應用需求，但其最大的問題是系統容量的限制，物聯網應用的接入與公眾用戶的接入無法完全隔離，難以應對物聯網市場的飛速發展，並且其是依託移動核心網進行終端節點的管理，對號碼資源消耗量過大。同時，無論是2G、3G還是4G的物聯網終端仍然存在模塊成本高與電池使用壽命短的問題。
事實上，物與物的通信並不像人與人的通信一樣總是要追求高速率，海量物聯網節點接入網絡後每個節點通信時都僅需少量的數據傳輸而且數據傳輸頻率也很低；也不像手機之間的通信要頻繁進行充電，很多設備因其所處環境的特殊性和數量巨大，對支撐其通信的功耗需求較低，例如大量的水錶監測、煙霧報警、農田噴灌、水文監測等特殊場景，對於這些傳感裝置的聯網要求選擇一個低帶寬、低功耗且大範圍覆蓋的網絡是其最有效的解決方案。從這個意義上來說，是「萬物互聯」的物聯網產業發展催生了LPWA技術(Low Power Wide Area，低功耗廣域技術)的興起，使得在低功耗、低成本、廣覆蓋、大容量問題上有了較好的解決方案，LPWA技術勢必會在物聯網市場中獲得更大的發展空間。
本文為物聯網資本論原創，作者高一弘，未經允許不得轉載
微信號：物聯網資本論
物聯網產業第一財經媒體
網址：www.gewu.vc
客服微信號：gewugrace