關(guān)于NB-IoT測(cè)試解決方案的分析和介紹

1. 前言

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在逐步廣泛應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)，在生產(chǎn)制造、交通物流、消費(fèi)電子、汽車等領(lǐng)域都發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代正極其迅速地走進(jìn)我們的生活。

在2016年6月，NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)）作為3GPP R13一項(xiàng)重要課題，其對(duì)應(yīng)的協(xié)議相關(guān)內(nèi)容獲得了RAN全會(huì)批準(zhǔn)，正式宣告了這項(xiàng)受無(wú)線產(chǎn)業(yè)廣泛支持的NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)核心協(xié)議制訂完成。在2017年6月，我國(guó)工信部也專門發(fā)文，要求全面推進(jìn)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）建設(shè)和發(fā)展的通知，各大運(yùn)營(yíng)商，設(shè)備商和終端廠家也積極投入到NB-IoT的市場(chǎng)應(yīng)用和推廣。

2. NB-IoT技術(shù)優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)

NB-IoT作為一項(xiàng)應(yīng)用于低速率物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，具備如下四大優(yōu)勢(shì)：

廣覆蓋：NB-IoT技術(shù)能實(shí)現(xiàn)比GSM增加20dB以上的覆蓋增益，覆蓋面積擴(kuò)大100倍，在地下車庫(kù)、地下管道也能覆蓋到。

低功耗：NB-IoT借助PSM和eDRX可實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)待機(jī)，低功耗特性是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用一項(xiàng)重要指標(biāo)，預(yù)計(jì)NB-IoT終端模塊的待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)10年。

低成本：低速率、低功耗、低帶寬帶來(lái)的是低成本優(yōu)勢(shì)。目前單個(gè)模塊做出來(lái)的成本不會(huì)超過(guò)5美元，目標(biāo)是要做到1美元左右。

大鏈接：在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)提供50-100倍的接入數(shù)。一個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬(wàn)個(gè)連接，支持低延時(shí)敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

這些與之俱來(lái)的優(yōu)勢(shì)，讓NB-IoT非常適合于傳感、計(jì)量、監(jiān)控等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，適用于智能抄表、智能停車、車輛跟蹤、物流監(jiān)控、共享單車以及智能穿戴、智慧家庭等領(lǐng)域。

2.1 NB-IoT 關(guān)鍵技術(shù)

上述NB-IoT的四大優(yōu)勢(shì)，主要源于NB-IoT如下五大關(guān)鍵技術(shù)：

NB-IoT支持3 種部署方式： 獨(dú)立部署、保護(hù)帶部署、帶內(nèi)部署，有效利用網(wǎng)絡(luò)頻譜資源

NB-IoT采用半雙工Type B模式，有效降低終端的成本和功耗。

NB-IoT重新設(shè)計(jì)上下行的物理層結(jié)構(gòu)，優(yōu)化資源，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)效率。

NB-IoT引入多種覆蓋增強(qiáng)技術(shù)，最大可以對(duì)抗164dB的耦合損耗。

NB-IoT獨(dú)有的e-DRX和PSM技術(shù)，進(jìn)一步降低終端功耗。

這些關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)對(duì)于NB-IoT的效率影響重大，因此，在測(cè)試階段，需要不同的測(cè)試方案來(lái)覆蓋和分析NB-IoT的產(chǎn)品。

3. NB-IoT基站測(cè)試解決方案

在通信網(wǎng)絡(luò)的部署當(dāng)中，測(cè)試儀器對(duì)于網(wǎng)絡(luò)性能的驗(yàn)證至關(guān)重要。R&S公司一直走在NB-IoT測(cè)試驗(yàn)證的最前沿，在2016年6月NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)之日，R&S公司測(cè)試儀表的NB-IoT功能也正式發(fā)布。2016年底，與三大運(yùn)營(yíng)商和幾大設(shè)備廠商（包括中興、華為、愛立信、大唐等）之間就已經(jīng)完成了NB-IoT基站的摸底測(cè)試。

3.1 基站實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方案

羅德與施瓦茨是第一個(gè)提供NB-IoT基站測(cè)試方案的供應(yīng)商，基于R&S測(cè)試儀表，可以產(chǎn)生與分析NB-IoT信號(hào)。NB-IoT測(cè)試方案基于完美的測(cè)試設(shè)備組合，由矢量信號(hào)發(fā)生器SMW200A和信號(hào)與頻譜分析儀FSW組成，這兩款儀表已經(jīng)廣泛應(yīng)用于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生產(chǎn)廠商的基站測(cè)試中。

圖1. NB-IoT基站測(cè)試實(shí)例

R&S FSW/FSV/FSVA/FPS，可以方便靈活地完成NB-IoT的發(fā)射機(jī)測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)完全符合3GPP標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖2. NB-IoT基站測(cè)試實(shí)例

R&S SMW200A，可以通過(guò)單臺(tái)儀表完成NB-IoT的接收機(jī)測(cè)試，尤其是針對(duì)鄰道選擇性、阻塞、動(dòng)態(tài)范圍等指標(biāo)的測(cè)試，不需要另外的信號(hào)源。同時(shí)，由于R&S SMW200A內(nèi)置信道衰落和高斯白噪聲模塊，對(duì)于衰落場(chǎng)景下的接收機(jī)性能測(cè)試，可以很容易的通過(guò)R&S SMW200A單臺(tái)儀表實(shí)現(xiàn)。

3.2 基站外場(chǎng)測(cè)試方案

為了保證NB-IoT網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的質(zhì)量，R&S公司提供專業(yè)的路測(cè)和網(wǎng)優(yōu)測(cè)試解決方案。該方案由掃頻儀與ROMES路測(cè)軟件組成，在中國(guó)移動(dòng)，中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署中，都有廣泛采用。

針對(duì)外場(chǎng)的基站維護(hù)，R&S也提供了專業(yè)的測(cè)試方案。手持式頻譜分析儀FSH可以對(duì)各種蜂窩信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并且具備干擾查找和地圖定位功能；天饋線測(cè)試儀ZVH可用于天饋線故障定位、器件測(cè)試等需求。

4. NB-IoT終端測(cè)試解決方案

從NB-IoT產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，終端的發(fā)展與系統(tǒng)設(shè)備的發(fā)展是相輔相成的。為了滿足NB-IoT芯片及終端的產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，R&S公司提供了完整的測(cè)試解決方案，覆蓋射頻、協(xié)議、數(shù)據(jù)測(cè)試等方面，并應(yīng)用到芯片研發(fā)、生產(chǎn)、認(rèn)證和服務(wù)等各個(gè)階段。

4.1 NB-IoT終端研發(fā)和生產(chǎn)射頻測(cè)試方案

針對(duì)NB-IoT終端芯片研發(fā)階段的射頻測(cè)試，可以采用FSW和SMW200A的方案，這套信號(hào)源和頻譜儀的組合，擁有最佳的性能和極高的靈活性，方便研發(fā)人員進(jìn)行芯片算法分析驗(yàn)證和射頻性能調(diào)試。R&S無(wú)線綜測(cè)儀CMW500對(duì)于NB-IoT同時(shí)提供信令和非信令兩種測(cè)試方案，涵蓋了3GPP規(guī)范的各個(gè)測(cè)試項(xiàng)目。CMW500除了支持NB-IoT以外，還可以支持傳統(tǒng)的2G/3G/4G移動(dòng)通訊技術(shù)和WLAN、WiMAX，Bluetooth等非蜂窩技術(shù)，從而用一臺(tái)儀器可以測(cè)試具備多種無(wú)線技術(shù)的終端?；贑MW500，R&S開發(fā)了CMWRun軟件來(lái)進(jìn)行NB-IoT的自動(dòng)化測(cè)試，幫助研發(fā)和測(cè)試工程師提高測(cè)試效率。

圖3. NB-IoT終端測(cè)試界面

CMW100是專門用于NB-IoT終端的生產(chǎn)射頻測(cè)試方案，具有體積小，測(cè)試速度快，可靠性高，成本低，多端口等優(yōu)點(diǎn)。并且，CMW100與CMW500共平臺(tái)，通用同樣的測(cè)試軟件，保證從研發(fā)到生產(chǎn)的測(cè)試結(jié)果一致性。同樣CMW100也支持2G/3G/4G以及WLAN/Bluetooth/Zigbee等其他無(wú)線技術(shù)。

圖4. CMW500（左）和CMW100（右）

4.2 NB-IoT 終端協(xié)議認(rèn)證及運(yùn)營(yíng)商定制測(cè)試方案

除了最基本的射頻測(cè)試，CMW500還可以用于協(xié)議一致性測(cè)試，而且能應(yīng)用于產(chǎn)品生命周期的后續(xù)階段，從而可以給芯片和無(wú)線設(shè)備制造商在NB-IoT 協(xié)議一致性研發(fā)的各個(gè)階段中帶來(lái)多重好處。對(duì)于NB-IoT終端廠商來(lái)說(shuō)，除了要通過(guò)一致性測(cè)試以外，還需要通過(guò)運(yùn)營(yíng)商的定制測(cè)試，R&S公司開發(fā)了符合不同運(yùn)營(yíng)商入網(wǎng)認(rèn)證要求的測(cè)試用例，廠商只需從R&S購(gòu)買相關(guān)設(shè)備和測(cè)試用例就可以在實(shí)驗(yàn)室搭建同樣的測(cè)試環(huán)境，從而確保能一次性通過(guò)在運(yùn)營(yíng)商的入網(wǎng)測(cè)試。

4.3NB-IoT 終端RF/RRM認(rèn)證測(cè)試方案

為了支持NB-IoT終端的射頻研發(fā)和認(rèn)證測(cè)試，R&S推出了認(rèn)證測(cè)試平臺(tái)TS8980射頻測(cè)試系統(tǒng)。可以對(duì)終端進(jìn)行GCF或者PTCRB要求的全認(rèn)證射頻測(cè)試。無(wú)線資源管理RRM測(cè)試可以集成到TS8980射頻一致性測(cè)試系統(tǒng)中，與其共用部分硬件，使用相同的控制軟件R&S CONTEST來(lái)進(jìn)行測(cè)試用例的執(zhí)行和分析。

4.4 NB-IoT終端數(shù)據(jù)應(yīng)用測(cè)試方案

CMW500在完成射頻、協(xié)議一致性測(cè)試的基礎(chǔ)上，還可以支持端到端的數(shù)據(jù)應(yīng)用測(cè)試。儀器提供了圖形化接口，通過(guò)簡(jiǎn)單的操作就可以得到直觀的顯示結(jié)果，從而讓用戶在實(shí)驗(yàn)室就可以方便地驗(yàn)證終端的數(shù)據(jù)性能。而CMW-PQA(Performance & Quality Analysis)系統(tǒng)是基于CMW500硬件平臺(tái)和CONTEST主控軟件，為運(yùn)營(yíng)商開發(fā)的一套可以模擬各種復(fù)雜的無(wú)線環(huán)境，對(duì)終端進(jìn)行各種數(shù)據(jù)應(yīng)用測(cè)試的平臺(tái)。

4.5 NB-IoT終端耗電測(cè)試方案

對(duì)于NB-IoT來(lái)說(shuō)，功耗測(cè)試相比于以往的2G/3G/4G技術(shù)，顯得更為重要。而如何準(zhǔn)確評(píng)估NB-IoT終端的耗電性能也成為一個(gè)難題。R&S基于其無(wú)線綜測(cè)儀CMW500、專門的功耗采集單元RT-ZVC和CMWRUN自動(dòng)化軟件平臺(tái)，針對(duì)運(yùn)營(yíng)商的測(cè)試需求開發(fā)專門的測(cè)試用例，從而為客戶提供了一個(gè)全面和經(jīng)濟(jì)的功耗性能測(cè)試解決方案。

4.6 NB-IoT終端定位測(cè)試方案

定位業(yè)務(wù)作為NB-IoT的一項(xiàng)補(bǔ)充功能，也得到了中國(guó)移動(dòng)等運(yùn)營(yíng)商的關(guān)注，目前R&S公司正在和運(yùn)營(yíng)商一起討論，制定相應(yīng)的測(cè)試規(guī)范來(lái)覆蓋基于NB-IoT的終端定位測(cè)試。

4.7 NB-IoT終端單臺(tái)CMW500測(cè)試解決方案

R&S公司提供集成化的NB-IoT測(cè)試方案，該方案僅需一臺(tái)CMW500?？梢灾С炙械膮f(xié)議一致性、RRM及PQA的測(cè)試，也可以支持射頻一致性所有頻帶內(nèi)的測(cè)試用例。

5. 小結(jié)

NB-IoT作為目前無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)的主流技術(shù)方案，在將來(lái)一定會(huì)得到越來(lái)越多的應(yīng)用。從基站到終端，研發(fā)到生產(chǎn)，R&S提供的測(cè)試解決方案可以滿足產(chǎn)業(yè)各個(gè)階段和各個(gè)領(lǐng)域的測(cè)試需求，繼而成為國(guó)際和國(guó)內(nèi)各大運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商、高科技產(chǎn)業(yè)用戶和科研機(jī)構(gòu)及檢測(cè)機(jī)構(gòu)最值得信賴的長(zhǎng)期合作伙伴。

圖5. R&S公司的測(cè)試解決方案