有關窄帶物聯網（NB-IOT）的測試解決方案

引言

隨著社會的發展，人們對物聯網的需求越來越強烈；而目前大量在用的 2G 模塊已不能滿足新的應用需求。為了解決這個問題，在 3GPP 的 Release 13 中，一個非常重要的部分就是定義了新的無線空中接口，其根據機器與機器通信的特點，特別做了相應的優化, 從而定義出新的的基于蜂窩通信的物聯網系統，稱作為窄帶物聯網（Narrow Band- Internet Of Things，簡稱為 NB-IOT） 。

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本文將會對 NB-IOT 技術做簡單剖析，并給出相應的工廠測試解決方案。

NB-IOT 簡介

對于物聯網應用，其中一大類需求就是應用于各種類似于電表，水表，氣表等生活用表的遠程應用，這類設備典型特征是其位置基本靜止不動，所需傳輸的數據量較小，同時對時延也不敏感，但是這類表的數量巨大，且分布廣闊。在 3GPP 的 Release 13 版本中，定義的 NB-IOT，其目的就是為了解決這一類應用場景的需求。NB-IOT 在保證物體與物體之間進行通訊的前提下，極大的簡化了系統復雜度以及物聯網設備的能量消耗，從而大大降低物聯網設備的成本；它不僅取消了對 Handover 的支持，而且終端設備也只能工作在半雙工狀態下。通過這些簡化，新的標準使得 NB-IOT 的成本可以控制在 5 美金以下，而電池可以使用高達 10 年。

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系統層面，NB-IOT 不僅可以和 LTE 網絡同時工作，也可以獨立組網從而滿足某些物聯網應用的特殊需求。為了滿足具體應用對物聯網終端數量的需求， 在 NB-IOT 網絡中，每個小區可以支持多達 5 萬個設備。

NB-IOT 系統的運行模式

NB-IOT 可以采用以下三種運行模式：
1. 獨立組網運行：
NB-IOT 可以獨立組網，其帶寬為 180kHz，只需要很窄的頻譜資源就可以組網。而且，其帶寬小于 GSM 的 200kHz， 也可以見縫插針的部署在 GSM網絡的一個信道中，非常靈活。

2. 帶內組網運行：
NB-IOT 和 LTE 網絡高度兼容，可以部署在LTE 網絡中；除了1.4MHz的LTE網絡之外，其他帶寬的 LTE 網絡均可以嵌入式部署 NB-IOT 網絡。

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3. 邊界組網運行：

在 LTE 網絡的帶寬的兩邊均有 Guard-Band，NB-IOT 可以利用這些頻譜資源，被部署在這里，不僅滿足的 NB-IOT 的需求，同時也提高了頻譜利用率。

圖 1 NB-IOT 布網模式

NB-IOT 物理層介紹

NB-IOT 是建立在蜂窩通信的基礎上， 在 LTE 網絡的基礎上， 針對物聯網的應用場景，分別在網絡和終端設備端做了改進和簡化。

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其在接入方式上，采取的與 LTE 相同的技術，即下行采用 OFDMA 上行采用 SCDMA技術，同時其子載波間隔和幀結構也和 LTE 相同。 對于 NB-IOT 這個窄帶系統，其帶寬限制在 1 個 PRB 即 180kHz，而其子載波間隔除了 15kHz，還增加了對 3.75kHz 的支持，相應的子載波數量也就分別為 12 和個 48 個；在實際工作中，NB-IOT 設備可以僅僅使用單個頻點或者同時使用多個頻點。

在調制方式上， NB-IOT 下行采取 QPSP 的調制方式； 而上行則在單頻時使用 PI/2 BPSK或 PI/4 QPSK，在使用多頻時，則采用 QPSK 調制。其所支持的最大速率為下行 28Kbit/s，上行為 64Kbit/s。

考慮到系統復雜性的簡化和對低功耗的需求，NB-IOT 僅支持半雙工通信模式，即發射和接收采用時分復用的方式，在這一點上與 GSM 系統非常類似。

NB-IOT 的射頻測試
NB-IOT 的測試的要求同樣被定義在 3GPP 的物理層測試規范 56.521 中，包括發射測試和接收機測試。發射機測試主要包括功率、調制、頻譜等指標；接收機測試則重點關注靈敏度測試。

圖 2 NB-IOT 發射機測試

圖 3 NB-IOT 鄰道泄漏比測試

LitePoint 提供完整的物聯網測試方案，其中 IQxstream-M/IQxstream 完全支持 NB-IOT 的全部測試項目，一臺儀器最多配備四套射頻模塊，每套模塊配備 8 個射頻端口，特別符合海量 NB-IOT設備的生產測試。

結束語

隨著技術的進步，NB-IOT 將會逐漸走入我們的生活，不僅可以服務于各種各樣的生活用表，也開始應用于目前越來越火的共享單車行業。相信不久的將來，NB-IOT 技術將會為物聯網中非常重要的一員，服務于人類的工作與生活。