中国窄带物联网产业发展现状及建议

微言创新 · 公众号 · · 2018-12-25 21:12

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编者按

日前召开的2019年中央经济工作会议，特别强调推动先进制造业和现代服务业的深入融合。物联网是其中一个技术桥梁，而低功耗广域物联网尤其引人关注。本文基于专利分析数据，梳理中国NB-IoT技术创新和产业发展情况。

物联网（Internet of Things, IoT）是在互联网基础上延伸与扩展的一种网络，通过信息传感设备（例如无线传感器节点、射频识别装置、红外感应器等）按照事先约定的协议，进行物与物之间、人与物之间的信息交互，从而实现智能化识别、定位、跟踪、监测控制和管理。

经过近20多年的发展，物联网业界已形成多种物联网通信技术，从传输距离上区分，可以分为两类：一类是短距离无线通信技术，代表技术有Zigbee、Wi-Fi、Bluetooth、Z-wave等，典型的应用场景如智能家居、智能建筑等；另一类是低功耗广域网无线通信技术(LPWAN)。

低功耗广域物联网技术又可分为两大类：一类是工作在非授权频段的无线技术，如LoRa、Sigfox、Weightless等，这类技术大多是非标准化、自定义实现；一类是工作在授权频段的无线技术，如窄带物联网通信技术（NB-IoT）、LTE-M (又称eMTC)、GSM、CDMA、LTE等蜂窝通信技术，这类技术基本都在3GPP或3GPP2等国际标准组织进行了标准定义。

由此可见，窄带物联网（NB-IoT）是物联网的一个重要分支，聚焦于低功耗广覆盖（LPWA）物联网市场，可与现有的高速移动网络服务（LTE 基站）结合，在智慧停车、智慧供水、智慧照明、智慧农业以及可穿戴设备等方面有着广泛的应用。目前，全球已经有45个运营商部署了NB-IoT商用网络，激活站点数超过100万，预计2018年底商用网络数量将达到100张个。中国NB-IoT经历了从萌芽到快速发展过程，目前正走向商用化的快速推广阶段。

一、中国NB-IoT技术创新发展现状

1 、中国已成为全球最大、最活跃的 NB-IoT 研发地与目标市场。

国家工信部对NB-IoT有具体规划，要求2020年NB-IoT基站规模达到150万个，连接总数超过6亿。

从运营商方面看，2017年，中国电信和中国移动两大运营商陆续完成了全球规模最大的NB-IoT网络建设。继中国电信第一家宣布商用后，中国移动也宣布完成了全国346个城市的NB-IoT的连续覆盖，并宣布了规模20亿元的物联网专项补贴，希望带动终端成本进一步降低，加快推动产业终端的成熟。其中，10亿是专门为NB-IoT准备，最高补贴率可以达到80%，另外10亿用于4G物联网模组补贴，补贴率最高达到50%。中国联通也已经确立以NB-IoT技术作为未来物联网建设的主要标准，根据计划，2018年中国联通也将在全国300个城市实现NB-IoT覆盖。

从企业应用方面看，互联网企业瞄准物料号作为新一轮信息红利增长的主要来源。2018年3月，阿里巴巴宣布全面进军物联网，将物联网定位为阿里巴巴继电商、金融、物流、云计算之后的一条新的主赛道。2018年9月，腾讯开始了成立以来的第三次重大战略架构调整，成立云与智慧产业事业群，物联网成为该事业群中重点领域之一。2018年7月，小米上市招股书中将其自身定义为“一家以手机、智能硬件和IoT平台为核心的互联网公司”。

中国NB-IoT正逐步形成“底层芯片—模组—终端—运营商”的完整产业链（图1），而芯片在NB-IoT整个产业链中处于基础核心地位。从专利申请量来看，自2015年以来，中国NB-IoT技术迅猛发展，尤其是在技术原创国中专利数量排名全球第一（如图2所示，其中方块面积大小代表专利数量的多少）。与此同时，中国也成为各国家（地区）NB-IoT专利布局的最大目标市场（第二是美国）。

图1 NB-IoT技术产业链示意图

图2 NB-IoT技术领域专利原创国及地区排名

2 、应用终端专利申请量在产业链中占比最大。 根据中国NB-IoT产业链各环节的专利申请数量统计结果，目前占比最大的是下游的应用终端，达到45%；其次是上游底层芯片，占比29%；模组和运营两部分的专利申请占比相对较少，均为13%。主要领先企业如表1所示。

表 1 NB-IoT 产业链上领先企业

产业链	主要企业
芯片厂商	华为、高通、中兴微电子、锐迪科（上海）、英特尔、联发科、Nordic、Sequans Communications等
模组厂商	上海移远通信、深圳中兴物联科技、上海移柯通信、U-blox、深圳中兴物联科技、深圳有方科技、通富微电子、中移物联网、深圳美格等
应用终端	大量各类终端设备商
运营商	中国移动、中国电信、中国联通、德国电信、西班牙电信、Vodafone、KT等

3 、 NB-IoT 技术创新逐渐向产业链下游转移。 从时间维度看，产业链各环节的专利布局变化趋势如图3所示。2011-2015年之间，专利申请量较少，处于技术萌芽阶段，在产业链专利分布中芯片环节占比最高，达50%；此时下游的应用终端专利布局非常少。随着NB-IoT标准的冻结，产业链的专利申请分布情况发生明显变化，从2016年开始，下游的应用终端环节专利占比开始增大，2017年已达到63%。可见， NB-IoT领域的创新开始向产业链下游转移。

图3 各时间段产业链各环节专利申请相对量变化趋势

4 、主要城市 NB-IoT 产业链布局差异明显。 以专利排名前三的广东、北京、上海为例： 北京在应用终端和运营两环节占比最高， 尤其是应用终端环节占比高达52%。值得注意的是，北京产业链的运营环节专利申请占比达28%，是三个城市最高的，且高于全球产业链中运营环节的专利申请占比。这是由于国内三大运营商电信、移动和联通的主要研发机构均设于北京。 广东在底层芯片环节的专利申请占比最高， 在低层芯片环节占比达63%，超过该省全产业链专利总数的一半，主要得益于国内两家重要芯片厂商华为和中兴研发总部均位于广东。而 上海在 产业链布局上较为均衡， 暂无明显的技术创新重点，行业技术较分散，产业集中度不高，还处于初级发展阶段（图4）。

图4 北京、上海和广州NB-IoT产业链各环节专利申请量占比

二、中国NB-IoT发展面临的普遍问题

1 、规模化应用少、成本过高、商业模式有待创新。 当前，NB-IoT应用还处于试验和示范性探索阶段，规模化应用少，商业模式比较单一，导致NB-IoT模组成本较高。尽管随着技术成熟，NB-IoT模组成本有望降至5美元以内，但目前支持蓝牙、ZigBee等标准的芯片价格仅在2美元左右（支持一种标准的芯片价格已不到1美元）。NB-IoT相关的芯片、模组还需要一段时间来提高规模化应用，才能把成本降下来。此外，现阶段主要是运营商、设备制造商（华为、爱立信等）、芯片供应商（高通等）为代表的供给侧比较积极，而需求侧的应用主体以及B2B或B2C市场的应用还未找到精准而有效的切入点。

2 、整体交付能力难以建构，行业标准化进程还需加快。 在交付能力方面， 目前NB-IoT行业的应用开发商多且散，市场上缺乏完整的保证机制，各个厂家或各细分行业交付能力参差不齐，还需构建相应的标准和要求。 在标准化方面， 过去物联网标准主要解决的是无线终端模块与移动网络、无线网络的连接问题，但自从NB-IoT出来后，在产业的实践、应用推广过程中，需要更多关注通信模块和“物”的接口。目前不同的企业均有各自的实现方案，但技术上的标准化互通等问题有待进一步解决。

3 、面向公众的 NB-IoT 的应用平台仍需大力发展。 目前来看，已有的各类NB-IoT应用平台的同质化问题较为严重，提供的功能普遍聚焦于设备管理、连接、应用使能和数据分析等。此外，目前规模化的NB-IoT应用主要在一些抄表类的应用，而未来NB-IoT的市场将是一个长尾市场，应该面向普通用户提供各类个性化应用。

（本文是上海市软科学研究计划项目《新兴产业技术与制度的协同演化研究》（项目编号：17692112000）的阶段性研究成果之一）。

作者简介

陈志辉，博士，上海产业技术研究院综合管理部技术交流合作主管。

刘小玲，博士，上海科学院规划研究处副研究员。