1. 前言

目前，物联网技术正在逐步广泛应用到各个行业，在生产制造、交通物流、消费电子、汽车等领域都发挥着越来越重要的作用，万物互联的时代正极其迅速地走进我们的生活。


在2016年6月，NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄带蜂窝物联网）作为3GPP R13一项重要课题，其对应的协议相关内容获得了RAN全会批准，正式宣告了这项受无线产业广泛支持的NB-IoT标准协议制订完成。在2017年6月，我国工信部也专门发文，要求全面推进移动物联网（NB-IoT）建设和发展的通知，各大运营商，设备商和终端厂家也积极投入到NB-IoT的市场应用和推广。


2. NB-IoT技术优势和特点

NB-IoT作为一项应用于低速率物联网技术，具备如下四大优势：

  •  广覆盖：NB-IoT技术能实现比GSM增加20dB以上的覆盖增益，覆盖面积扩大100倍，在地下车库、地下管道也能覆盖到。

  • 低功耗：NB-IoT借助PSM和eDRX可实现更长待机，低功耗特性是物联网应用一项重要指标，预计NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年。

  • 低成本：低速率、低功耗、低带宽带来的是低成本优势。目前单个模块做出来的成本不会超过5美元，目标是要做到1美元左右。

  • 大链接：在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。


这些与之俱来的优势，让NB-IoT非常适合于传感、计量、监控等物联网应用，适用于智能抄表、智能停车、车辆跟踪、物流监控、共享单车以及智能穿戴、智慧家庭等领域。


2.1 NB-IoT 关键技术

上述NB-IoT的四大优势，主要源于NB-IoT如下五大关键技术：

  • NB-IoT支持3 种部署方式： 独立部署、保护带部署、带内部署，有效利用网络频谱资源

  • NB-IoT采用半双工Type B模式，有效降低终端的成本和功耗。

  • NB-IoT重新设计上下行的物理层结构，优化资源，增强网络效率。

  • NB-IoT引入多种覆盖增强技术，可以对抗164dB的耦合损耗。

  • NB-IoT独有的e-DRX和PSM技术，进一步降低终端功耗。


这些关键技术的实现对于NB-IoT的效率影响重大，因此，在测试阶段，需要不同的测试方案来覆盖和分析NB-IoT的产品。


3. NB-IoT基站测试解决方案

在通信网络的部署当中，测试仪器对于网络性能的验证至关重要。R&S公司一直走在NB-IoT测试验证的前沿，在2016年6月NB-IoT标准冻结之日，R&S公司测试仪表的NB-IoT功能也正式发布。2016年底，与三大运营商和几大设备厂商（包括中兴、华为、爱立信、大唐等）之间就已经完成了NB-IoT基站的摸底测试。


3.1 基站实验室测试方案

罗德与施瓦茨是个提供NB-IoT基站测试方案的供应商，基于R&S测试仪表，可以产生与分析NB-IoT信号。NB-IoT测试方案基于完美的测试设备组合，由矢量信号发生器SMW200A和信号与频谱分析仪FSW组成，这两款仪表已经广泛应用于移动网络设备生产厂商的基站测试中。

 


图1. NB-IoT基站测试实例


R&S FSW/FSV/FSVA/FPS，可以方便灵活地完成NB-IoT的发射机测试，测试项完全符合3GPP标准要求。


  图2. NB-IoT基站测试实例


R&S SMW200A，可以通过单台仪表完成NB-IoT的接收机测试，尤其是针对邻道选择性、阻塞、动态范围等指标的测试，不需要另外的信号源。同时，由于R&S SMW200A内置信道衰落和高斯白噪声模块，对于衰落场景下的接收机性能测试，可以很容易的通过R&S SMW200A单台仪表实现。


3.2 基站外场测试方案

为了保证NB-IoT网络运行的质量，R&S公司提供的路测和网优测试解决方案。该方案由扫频仪与ROMES路测软件组成，在中国移动，中国联通和中国电信的实际网络部署中，都有广泛采用。


针对外场的基站维护，R&S也提供了的测试方案。手持式频谱分析仪FSH可以对各种蜂窝信号进行解调，并且具备干扰查找和地图定位功能；天馈线测试仪ZVH可用于天馈线故障定位、器件测试等需求。


4. NB-IoT终端测试解决方案

从NB-IoT产业链来看，终端的发展与系统设备的发展是相辅相成的。为了满足NB-IoT芯片及终端的产业发展需求，R&S公司提供了完整的测试解决方案，覆盖射频、协议、数据测试等方面，并应用到芯片研发、生产、和服务等各个阶段。


4.1 NB-IoT终端研发和生产射频测试方案

针对NB-IoT终端芯片研发阶段的射频测试，可以采用FSW和SMW200A的方案，这套信号源和频谱仪的组合，拥有的性能和极高的灵活性，方便研发人员进行芯片算法分析验证和射频性能调试。R&S无线综测仪CMW500对于NB-IoT同时提供信令和非信令两种测试方案，涵盖了3GPP规范的各个测试项目。CMW500除了支持NB-IoT以外，还可以支持传统的2G/3G/4G移动通讯技术和WLAN、WiMAX，Bluetooth等非蜂窝技术，从而用一台仪器可以测试具备多种无线技术的终端。基于CMW500，R&S开发了CMWRun软件来进行NB-IoT的自动化测试，帮助研发和测试工程师提高测试效率。


CMW100是专门用于NB-IoT终端的生产射频测试方案，具有体积小，测试速度快，可靠性高，成本低，多端口等优点。并且，CMW100与CMW500共平台，通用同样的测试软件，保证从研发到生产的测试结果一致性。同样CMW100也支持2G/3G/4G以及WLAN/Bluetooth/Zigbee等其他无线技术。

 

图4. CMW500（左）和CMW100（右）

4.2 NB-IoT 终端协议及运营商定制测试方案

除了基本的射频测试，CMW500还可以用于协议一致性测试，而且能应用于产品生命周期的后续阶段，从而可以给芯片和无线设备制造商在NB-IoT 协议一致性研发的各个阶段中带来多重好处。对于NB-IoT终端厂商来说，除了要通过一致性测试以外，还需要通过运营商的定制测试，R&S公司开发了符合不同运营商入网要求的测试用例，厂商只需从R&S购买相关设备和测试用例就可以在实验室搭建同样的测试环境，从而确保能性通过在运营商的入网测试。


4.3 NB-IoT 终端RF/RRM测试方案

为了支持NB-IoT终端的射频研发和测试，R&S推出了测试平台TS8980射频测试系统。可以对终端进行GCF或者PTCRB要求的全射频测试。无线资源管理RRM测试可以集成到TS8980射频一致性测试系统中，与其共用部分硬件，使用相同的控制软件R&S CONTEST来进行测试用例的执行和分析。


4.4 NB-IoT终端数据应用测试方案

CMW500在完成射频、协议一致性测试的基础上，还可以支持端到端的数据应用测试。仪器提供了图形化接口，通过简单的操作就可以得到直观的显示结果，从而让用户在实验室就可以方便地验证终端的数据性能。而CMW-PQA(Performance & Quality Analysis)系统是基于CMW500硬件平台和CONTEST主控软件，为运营商开发的一套可以模拟各种复杂的无线环境，对终端进行各种数据应用测试的平台。


4.5 NB-IoT终端耗电测试方案

对于NB-IoT来说，功耗测试相比于以往的2G/3G/4G技术，显得更为重要。而如何准确评估NB-IoT终端的耗电性能也成为一个难题。R&S基于其无线综测仪CMW500、专门的功耗采集单元RT-ZVC和CMWRUN自动化软件平台，针对运营商的测试需求开发专门的测试用例，从而为客户提供了一个全面和经济的功耗性能测试解决方案。


4.6 NB-IoT终端定位测试方案

定位业务作为NB-IoT的一项补充功能，也得到了中国移动等运营商的关注，目前R&S公司正在和运营商一起讨论，制定相应的测试规范来覆盖基于NB-IoT的终端定位测试。


4.7 NB-IoT终端单台CMW500测试解决方案

R&S公司提供集成化的NB-IoT测试方案，该方案仅需一台CMW500。可以支持所有的协议一致性、RRM及PQA的测试，也可以支持射频一致性所有频带内的测试用例。


5. 小结

NB-IoT作为目前无线物联网的主流技术方案，在将来一定会得到越来越多的应用。从基站到终端，研发到生产，R&S提供的测试解决方案可以满足产业各个阶段和各个领域的测试需求，继而成为国际和国内各大运营商、设备商、高科技产业用户和科研机构及检测机构值得信赖的长期合作伙伴。