蜂窩物聯網(IoT)將從2023年開始獲得5G帶來的全面收益,并在2026年達到每年9億臺的出貨量。為什么要等到2023年?所謂蜂窩物聯網就是蜂窩移動通信網與物聯網相結合的產物。

 之所以說這個市場將在2023年上漲,是因為移動物聯網市場將具有以下一些特點:5G模塊成本較高,用于NB-IoT(窄帶物聯網)和LTE-M(機器對機器)應用的高容量低成本模塊將取代目前部署的2G/3G設備。這方面的增長將導致射頻前端市場價值超過8億美元。蜂窩物聯網將受益于私人或公共頻率的私人網絡以及公共網絡部署的5G。中國、美國和歐洲將出現更大規模的部署與較高的5G SA(獨立組網)滲透率。

　　問題在于,在供應鏈方面,只有少數公司有能力開發5G模塊。高通是第一家提供商用5G芯片組的公司。雖然NB-IoT價位較低,但對于任何小型進入者來說仍然太高。

　　物聯網連接已經不再是一個抽象的概念。如今每個人都有自己的連接體驗,或至少聽說過,可能是通過藍牙耳機、健身手環或將電表連接到家庭Wi-Fi。這些應用通常使用Wi-Fi或藍牙,被稱為個人區域網絡或家庭自動化。

　　然而,這個基于短距離、非關鍵業務的市場已經存在。但物聯網這一連接設備在社會和行業的各個方面的普及還沒有完全實現。那么,下一步是什么呢?隨著5G的到來,物聯網領域出現了很多變化。

　　隨著網絡切片(network slicing)技術的發展,加上監管機構正在為私人公司直接授權私人網絡開放頻率,新的5G連接行業模塊正在出現。

　　網絡切片是一種主要用于物聯網的技術,它是一種虛擬化,允許在一個共享的物理網絡基礎架構上運行多個邏輯網絡。每個邏輯網絡之間是隔離的,且能夠提供定制的網絡特性,如帶寬、延時、容量等。同時每個邏輯網絡里除了網絡資源外,還包含了計算和存儲資源。

　　網絡切片被認為是5G至關重要的一個特性。在5G網絡中,通信基礎設施不僅限于移動語音和文本通信,切片后形成了非常多樣化的各種服務,如工業物聯網、智能家居物聯網、低延遲醫療通信、高帶寬移動寬帶等。

　　網絡切片

　　總的來說,價值鏈正在開始成熟,現在通過蜂窩連接為物聯網開發提供了便捷的解決方案;預計它將解決以前看到的大多數物聯網采用和開發的問題。這也意味著,5G物聯網和蜂窩物聯網的容量將很快開始增加,但它們還不會達到不切實際的夸大容量。

　　蜂窩協議推進蜂窩物聯網

　　通過對現有和新興應用進行的深入分析,尤其是關注4G/5G公共和私人頻率,在其最新的《2021年5G mMTC和物聯網平臺技術和市場分析報告》中指出,蜂窩物聯網將繼續作為利基應用的組合,而不會擴展到個人區域網絡,即可穿戴設備和消費電子產品。

　　過去人們曾嘗試過多種方法來開發物聯網。他們通過基于IEEE802．15．4的Zigbee或Z-Wave、LoRaWAN和Sigfox協議或遠程Wi-Fi等使用了非授權頻率,但這些努力并沒有成功,主要是因為對數據可靠性和安全性的一般要求,即機密性、完整性和可用性。但隨著以物聯網為目標的蜂窩協議的出現,這種情況正在發生變化。

　　這些蜂窩協議的范圍從低數據速率NB-IoT到極高數據速率、高可靠性、低延遲的5G Cat20。后者也終于開始受到了行業的重視。

　　無論是從專用網絡的資本支出角度,還是從使用公共網絡的運營支出角度來看,蜂窩部署都是昂貴的。但5G在數據安全方面提供了前所未有的能力,為關鍵應用創造了市場機會。這些都是利基應用,例如,在高度自動化的工業環境中,無線連接增加了很多價值。其他應用范圍從機器視覺到自動導引車輛監控。這些現在正在推動對5G部署的投資,從而為所有其他基于蜂窩的部署打開市場。

　　因此，到2026年市場容量將達到9億臺。從2020年開始,由于POS(銷售終端)或遠程信息處理等2G/3G設備的更換,市場容量可達2．98億臺。這些數量與幾年前科技公司預期的數十億臺工業連網設備數量相去甚遠。這主要是由于物聯網應用的利基性質。但這仍然代表著巨大的市場機遇,將從2020年的2．57億美元增至2026年的8．59億美元;2020-2026年射頻前端組件級別的復合年增長率將為22．3%。

蜂窩和LPWAN物聯網模塊交付量(百萬單位)

　　歷史的經驗值得注意

　　傳輸協議塑造了物聯網技術格局,基于不同的標準存在著多種協議。今天,業界感興趣的協議是5G相關協議,范圍從現在眾所周知的NB-IoT和LTE-M到5G Cat20協議。在這兩者之間,還存在多種基于LTE的協議,提供了廣泛的解決方案,所有5G均前向兼容。目前使用最多的是LTE Cat1和LTE Cat4。

　　由于即將推出的5G獨立組網,這些LTE類別將受益于預期的5G SA,尤其是在網絡層面。因為它將允許實現新的功能,如網絡切片和物理網絡的數字化,以便有效利用網絡功能。

　　一般來說,蜂窩協議有望成為遠程連接和關鍵短程連接的最佳解決方案。唯一強大的競爭對手是近距離Wi-Fi。鑒于過去出現的所有其他物聯網協議均未成功啟動,在全球范圍內采用蜂窩式物聯網的情況下,我們很可能永遠不會在這一領域看到新的非授權開發,至少是沒有一家在市場上取得巨大成功。

　　如果蜂窩物聯網因未知和意外的原因而失敗,這將再次延遲物聯網的預期采用。相反,我們將等待一種便捷、創新的方法,就像我們十多年來一直等待的那樣。

　　早在2000年,蜂窩物聯網即已存在,問題是缺乏用于高效無線傳感器網絡的低成本、低功耗電子器件;

　　2000年,無線傳感器網絡ULP(超低功耗)電子器件開發出來,但物聯網的部署還是缺乏足夠的協議和網絡;

　　2010年,開發了IEEE 802．15．4和SigFox協議,但缺乏從傳感器到云的完整價值鏈;

　　2015年,出現了第三方系統集成商和Microsoft Azure等平臺,可還缺乏一個覆蓋范圍廣且安全的工業級協議;

　　2019年,開發了NB-IoT和LTE-M,這時又缺乏激勵部署的成熟的產業鏈和成熟的解決方案;

　　只有到了2023年,網絡切片和第一個基于關鍵物聯網的5G網絡,才可能讓物聯網真正向上攀升。

　　蜂窩物聯網挑戰不斷一直存活到現在,但它能否克服未來的挑戰?

　　物聯網技術前景何在?

　　從現在起五年后,我們對蜂窩物聯網的期望是什么呢?由于在全球范圍內部署了真正的5G公共網絡,使用獨立的5G實現網絡切片,預計在2023年蜂窩物聯網的使用將增加。

　　2023年有望在看到新的RF模塊產品,因為如今唯一的解決方案是由高通以相當昂貴的成本提供的。市場正在等待其他玩家的發展,例如Sequans Communications,不過高通也將很快發布其第二代5G模塊,預計價格是其當前解決方案的一半。這有助于為物聯網行業提供多樣化的產品和加強供應。

　　Sequans是一家無晶圓廠設計、開發和供應商,為大規模、寬帶和關鍵物聯網市場提供蜂窩半導體解決方案。其全面的5G/4G芯片和模塊針對非智能手機設備進行了充分優化。

　　Sequans指出,大規模物聯網指的是數據傳輸需求較低的應用,但該技術必須在功耗和成本方面進行極端優化,以實現大規模部署。其應用涵蓋智慧出行和物流、智慧城市、電子健康和保健以及智能家居等。另一方面,對于寬帶和關鍵物聯網應用,其技術經過優化,可為家庭、企業和工業現場提供盡可能高的吞吐量和最低的延遲。

　　從事蜂窩物聯網開發的主要公司

　　雖然這一要求與智能手機的要求類似,但解決方案需側重于為寬帶物聯網設備(如企業路由器和家庭網關)提供更好的成本和性能權衡。

　　Sequans的產品組合由基帶處理器和射頻收發器芯片或IC以及包含這些芯片及無線電前端子系統的M2M模塊組成,包括豐富的軟件,以及先進調制解調器和信號處理代碼及協議棧和更高層的應用程序。

　　蜂窩物聯網模塊制造商

　　在2023年,我們還將看到更多的私有網絡部署。而今天,它們正從試點級別開始,僅適用于高價值應用。但是,一旦部署,它們也有望用于價值較低的物聯網應用,尤其是那些使用LTE-M或未來NR-Light協議的應用。

　　因此,預計2023年物聯網的未來增長將通過公共網絡、設備和專用網絡級別的方便定時連接來實現。一旦這種蜂窩物聯網開始采用,該技術的普及將最終發生。從長遠來看,隨之而來的是行業整合,以及出于非消費目的而普遍使用的授權無線頻率。

　　沒有一刀切的物聯網解決方案

　　蜂窩物聯網沒有一刀切的解決方案,一切都將是妥協。非授權協議價格低,可靠性低,數據安全性差;ISM LPWAN(未授權低功耗無線接入網絡)數據吞吐量低,但低功耗;高功耗的數據吞吐量也高;而蜂窩物聯網是高價格,還需要提高數據安全性和可靠性。

　　重點關注的技術

　　重點關注的4G/5G電信基礎設施是基站、小蜂窩及其射頻組件;針對消費市場的無線連接射頻前端技術和移動手機的蜂窩射頻前端技術,以及消費UE(用戶體驗)射頻前端組件(BT、Wi-Fi、NFC、LTE/5G);5G mMTC(大規模機器通信)和物聯網平臺(LTE-M、NB-IoT和其他5G/非5G方式)。

　　基于頻率的物聯網劃分后走向

　　4G/5G公共頻率

　　由移動網絡運營商(MNO)以數十億美元的價格授權頻率,覆蓋范圍很廣,從低Sub-1GHz頻段到毫米波。這些頻率并非僅用于消費應用,實際上,5G的主要目的是開辟新的行業應用。因此,已在這些頻段上開發了URLLC、mMTC和eMBB,以解決物聯網的問題。

　　這些公共頻率可由企業和行業通過所謂的網絡切片來使用,網絡已針對特定行業用途進行了虛擬化和優化。然而,新的完全私有的現場基礎設施和公私混合解決方案開始出現,旨在將無線連接擴展到網絡運營商作為基礎設施管理者的多個行業。

　　4G/5G專用頻率

　　專用頻率僅在少數特定國家存在,沒有取得很大成功。得益于5G,這些公司目前預計將實現實際增長。專用頻率是電信網絡運營商無法購買的授權頻段。這些頻段,如美國的CBR、德國的3．7GHz-3．8GHz和法國的38頻段,可由私人實體在本地授權,有權在定義的地理區域內自己的網絡上使用這些頻段。為此,這些公司直接與諾基亞、愛立信、華為、三星等網絡基礎設施提供商合作,或與渴望通過構建完整的現場基礎設施擴大其市場的電信網絡運營商合作。然而,這些專用頻率無法提供5G的所有優勢,不能實現非常高的毫米波吞吐量或sub-1GHz頻率的低功耗。

　　ISM頻率是非授權頻率

　　目前用于物聯網包括 Wi-Fi / Zigbee / Bluetooth/ LoRaWAN / Sigfox 等。特別是由于潛在的干擾和安全問題,建立在這些頻帶上的協議尚未得到完全的行業認可。不過,隨著物聯網產業鏈的成熟,越來越多的部署開始在這些頻段上出現。其主要目標是小型企業,因為大型企業可能更喜歡授權頻帶。這些非授權頻率有各自的局限性,即范圍對某些人來說太小,而吞吐量對另一些人來說太低,但一些新的聯合開發正在出現,特別是通過無線寬帶和LoRaWAN聯盟實施互補Wi-Fi和LoRaWAN協議的舉措。

　　非5G蜂窩頻率

　　包括2G,在過去十年中用于遠程通信或POS應用,代表了數百萬設備的市場需求,但僅限于少數選定的應用。隨著2G的宣布停產,5G頻率NB-IoT和LTE CatM有望占領這一傳統市場,創造其第一次銷售。還有一些4G頻率的專用網絡,但僅限于具有特定需求的早期采用者,并且是一個利基市場,預計將很快被5G專用網絡取代。