關于NB-IoT基礎的射頻指標分享

給大家分享一些關于NB-IoT基礎的射頻指標，讓大家在評測和優化產品無線性能時，少一些茫然。從前車馬慢，見一個人要翻山越嶺。如今滿世界飛，社交軟件上的網友甚至可以愛個遍，人類卻感覺越來越孤單。

科技的發展，并不能解決所有問題。就像NB-IoT的火爆，同樣帶來了一系列不可忽視的麻煩。

比如，用戶體驗要求越來越高，終端廠商在其產品無線性能的把控上反而越來越弱，能發現哪里體驗不好，卻因為不了解相關射頻指標，無法定位根因，更多是依賴于模組供應商或者天線供應商來協助解決問題，而模組供應商和天線供應商大部分是專注于自身領域，在整體解決方案上是心有余而力不足。

NB-IoT的前行路上，機會與巨坑并存。但如果大家攜手共進，互相提醒，辣么，一起填坑也會是一種別樣的幸福。

今天，班妹就先“填”為敬，給大家分享一些關于NB-IoT基礎的射頻指標，讓大家在評測和優化產品無線性能時，少一些茫然。

好了，閑言少敘，直接上干貨！

01

NB-IoT模組RF規格都講了些啥

1、兩家主流的NB-IoT廠商的RF部分規格：

先與大家分享一下班妹從網上下載的兩家著名模組廠商的NB-IoT模組RF規格，據傳，這兩家使用的是同一款著名的NB-IoT芯片。

參考以下截圖，這兩份規格書的RF部分內容都有點少（或者說一如既往的少），主要集中在功率和靈敏度部分；功率沒有疑問，其最大輸出功率typical值均在23dBm，但靈敏度typical值卻有較大偏差，分別為-129 dBm和-135 dBm（確定這是同款芯片設計出來的模組？）

圖1 某NB-IoT模組RF規格

圖2-1 某NB-IoT模組RF規格

圖2-2 某NB-IoT模組RF規格

2、讓人困惑的地方：

1）NB-IoT RF傳導靈敏度的判斷機制

對射頻通信模組規格書中羅列的RF規格而言，都屬于RF傳導指標，但圖1與圖2的判斷機制讓人困惑，到底是BLER＜10%，還是當前模式下throughput≥95%？

讓我們來參考下3GPP TS 36.521中關于NB-IoT RF傳導靈敏度的相關限值規定，根據3GPP規范，應是以throughput≥95%作為判斷基準。

圖3 TS 36.521關于NB-IoT傳導靈敏度的規定

2）關于重傳靈敏度

前一篇NB的文章《都是通信技術，NB-IoT為什么可以這么優秀？》提到關于NB-IoT的重傳條件以及為什么會重傳：

相比傳統蜂窩制式，NB-IoT支持更多次數的重傳。重傳次數每翻一倍，速率就會減半，同時帶來 3dB 的增益，通俗點講就是說一遍聽不清，就多說幾遍，提高聽清的概率。

重傳機制是用來保證NB-IoT終端在極端覆蓋場景的性能，3GPP對其測試條件作了相關限定：即僅適用于3GPP TS36.101Annex E.2定義的常規狀態（normal condition），如下圖：

圖3-1 TS 36.101關于NB-IoT傳導重傳靈敏度測試條件的規定

圖3-2 TS 36.101關于NB-IoT傳導重傳靈敏度測試條件的規定

而對于重傳參考靈敏度限值，目前3GPP對此還沒有明確的要求，參考下圖：

圖4 TS 36.521關于NB-IoT傳導重傳靈敏度測試還未明確

參考下圖5某NB-IoT模組廠傳導靈敏度規格，非重傳典型靈敏度值為-114dBm，而重傳靈敏度典型值為-145dBm，其上行重傳次數選用7次，但卻沒有標明重傳測試時關于throughput的判定要求。（關于重傳可參考《都是通信技術，NB-IoT為什么可以這么優秀？》“更多重傳次數帶來HARQ增益（重發增益）”部分 ）

圖5 某NB-IoT模組RF規格

3、怎么對比性能、怎么選？

眾所周知，NB-IoT技術有著四大優勢：海量連接、深度覆蓋、低功耗、低成本，而對四大優勢而言：

1）“海量連接”的優勢產生主要是因為協議優化的窄帶技術、空口信令開銷的減少、基站側及核心網的優化，不屬于終端產品驗證范疇；

2）所謂的低成本，主要是相較于LTE，NB-IoT的硬件部分進行了簡化，但目前絕大部分NB-IoT模組的價格仍為RMB 30+/pcs，高于GPRS模組價格。（據傳聯通300W pcs NB-IoT模組招標中RDA方案可做到RMB30/pcs以下，這算是個好消息）；

3）低功耗特點可根據自身產品應用場景特點進行測量實證；

4）但深度覆蓋覆蓋特性如何精確實證？

深度覆蓋跟非重傳傳導靈敏度、重傳增益相關（這里先不考慮天線因素），根據以上簡易規格書其實是無法得知（且規格書的各種描述著實差別很大），最靠譜的做法還是使用NB-IoT產品 PCBA去測試非重傳傳導靈敏度。

雖然重傳靈敏度引入了重傳增益，但目前仍無明確標準，測試配置相對復雜，且重傳靈敏度的界定標準中throughput的判定值都是TBD，NPDSCH 用于下行配置的重傳次數也是TBD，所以造成了各種NB-IoT模組的傳導靈敏度規格是相去甚遠，相差20dBm的都有，如果需要細致了解，就要標明準確的測試配置條件，且只能做對比測試。

此外，重傳增益其實跟實際環境的關聯度非常高，而實際環境較復雜和多樣化，可能這也是目前重傳靈敏度不好做硬性規定的原因。

來看看NB-IoT芯片的RF規格

02

抱歉，班妹在網上找了很久的資料，也沒搜到諸如現今主流的Boudica 120，MDM9206，MT2625這幾顆芯片的規格書，如果哪位愿意分享的可以聯系班妹。

03

NB-IoT RF指標到底有哪些

實在找不到芯片的介紹，班妹找時間去翻了翻3GPP，順便整理了NB-IoT RF傳導指標，如下圖：

圖6-1 NB-IoT RF傳導指標

圖6-2 NB-IoT RF傳導指標

這些指標都是啥意思？

04

這些指標也不算少，但究竟是什么意思？NB-IoT的傳導RF指標其實在3GPP里面被分為了如下幾大塊：

發射機部分：

1、發射功率部分（Transmit power）

發射功率部分主要考察了三部分內容：最大輸出功率、最大功率回退以及可配置的發射功率。

最大輸出功率驗證相對好理解，即為了確保終端的最大輸出功率不超出由標稱功率和容差規定的范圍，以免干擾到其他信道或者其他系統，或者太小影響信號覆蓋范圍；

對功率回退，驗證的就是在不同調制/信道帶寬下終端的最大功率回退（降低、減?。?，確保終端在不同的tone分配時功率回退不能過大（功率減少過大），使終端在不同調制/信道帶寬下具備較合適的功率。

而可配置的發射功率，是對終端可配置的最大功率作了限定，要求其小于終端功率等級最大值，以及最大上行輸出功率，即終端可配置的最大功率要小于兩者的最小值。

2、動態功率輸出部分（Output power dynamics）

主要考察最小輸出功率和發射關斷功率。

對最小輸出功率，是與最大輸出功率相對應的，設置這兩者限值目的是，在最大輸出功率下確保不損害發射機線性度（不干擾其他信道或系統），最小輸出功率下保證輸出信號信噪比（保證此時的底噪不會淹沒有用信號），實現信號有效傳輸。

對發射機關斷功率，指的是發射機關閉時的平均功率（并非指終端斷電）。終端不允許發射，或處于不發射子幀的周期時，發射機被認為是關閉狀態，關斷功率設置限值，更多的是為了限制該狀態下的功率，不能過高，導致功耗過大。

3、開關時間模板 （On/off time mask）

分為通用開關時間模板和NPRACH時間模板。

對開關時間模板，主要考察的是終端在發射關斷和打開的上升沿/下降沿時間段的輸出功率，以保證正確的功率輸出；發送錯誤的功率會干擾其它信道或者增加上行信道傳輸誤差。

對NPRACH時間模板，主要考察的是終端在NPRACH的發射關斷和開啟切換時的上升時間與下降時間段的功率輸出,保證正確的功率輸出。

4、功率控制 （Power control）

分為絕對、相對及總功控容限。

對絕對功控容限，考察的是終端在一個連續發射開始時，或者在一個發射時間間隔≥20ms的非連續發射開始時，發射機將其初始輸出功率設置為特定值的能力。

對相對功控容限，考察的是終端根據目標子幀功率改變其最大發射功率的能力，該目標子幀功率是相比最近一次發射參考子幀的功率，并且這些子幀傳輸間隔≤20ms。

對總功控容限，考察的是終端在不改變功率控制參數情況下，非連續發射過程中維持其輸出功率的能力（相對于首次發射功率）。

5、頻率誤差 （Frequency error）

不解釋了

6、發射調制 （Transmit modulation）

主要分為EVM，載波泄露，以及非分配資源塊的帶內輻射，考察終端發射機的信號調制情況。

EVM主要考察實際調制波形與理想波形的差別，在考察EVM時，所有的NPRACH模式都與QPSK調制方式的EVM要求相同。

載波泄露，考察的是由交調或直流偏差引起的干擾，它是與載波同頻的非調制正弦波，一種近似固定幅度的干擾，和有用信號的幅度無關；載波泄漏會干擾終端的中心子載波，特別是當它們的幅度小時。

而非分配資源塊帶內輻射考察的是落入未分配RB的干擾情況，實際的計算方式為未分配Tone中的終端輸出功率與所分配Tone中的終端輸出功率的比值。

7、輸出頻譜（Output RF spectrum emissions）

主要分為占用帶寬、頻譜發射模板及鄰道泄露功率比。

其中鄰道泄露功率比主要考察的是終端發射機對相鄰信道造成的干擾情況，而占用帶寬主要考察終端在所支持的帶寬配置下的帶寬占用情況，頻譜發射模板則主要考察終端在帶寬配置下功率分布情況。

8、雜散發射（Spurious emissions）

分為雜散輻射以及雜散輻射共存。

雜散輻射主要驗證終端發射機對相鄰信道或系統造成的干擾情況，而雜散輻射共存主要驗證終端發射機對共存系統中指定的頻段造成的干擾情況。

9、發射機互調 （Transmit intermodulation）

發射互調性能主要驗證終端發射機限制非線性信號生成的能力，這些非線性信號主要是由非目標信號和干擾信號落入終端發射機天線導致。

接收機部分：

1、參考靈敏度（Reference sensitivity level）

參考篇首相關解釋

2、最大輸入電平 （Maximum input level）

與參考靈敏度相對應，主要驗證在給終端輸入多強的信號電平時，仍能在滿足throughput條件下較準確的接收信號（可以旁人使用多大聲音及多小的聲音仍能聽清說話的內容類比，最大輸入電平就是指的說話最大聲時，而參考靈敏度指的最小聲時）

3、相鄰信道選擇 （ACS）

鄰信道選擇性主要驗證終端在理想傳播和無附加噪聲的條件下，當相鄰信道存在偏離指定信道（終端使用的信道）中心頻率的信號傳輸時，終端在能滿足吞吐量要求，工作在指定參考測量信道時接收數據的能力。其考察的場景是當終端所使用信道的鄰近信道存在其他發射機信號傳輸時，對此時終端接收數據能力的考量。（真繞口，截下原文，以免誤導）

而ACS在硬件設計上的體現實際是指定信道頻率上的接收濾波器衰減與相鄰信道上接收濾波器衰減的比率。

圖7 ACS的定義

4、阻塞特性 （Blocking characteristic）

分為帶內阻塞和帶外阻塞。

帶內阻塞主要驗證終端的帶內阻塞能力，即當某個干擾信號落在終端接收頻帶內或者終端接收頻帶±15MHz帶寬范圍內時，對終端的數據接收能力的評估。（其吞吐量是否能達到指定測量信道的吞吐量需求）。其考察的場景是當終端工作的接收頻帶或接收頻帶±15MHz帶寬范圍內存在其他發射機信號時，對此時終端接收數據能力的考量。

而帶外阻塞主要驗證終端的帶外阻塞能力，即當某個干擾信號落在終端接收頻帶±15MHz帶寬范圍外時，對終端的數據接收能力的評估。（其吞吐量是否能達到指定測量信道的吞吐量需求）。其考察的場景是當終端工作的接收頻帶±15MHz帶寬范圍外存在其他發射機信號時，對此時終端接收數據能力的考量。

5、雜散響應 （Spuriousresponse）

雜散響應主要驗證在施加CW（連續波）干擾信號（帶外阻塞規定的頻率之外的帶外頻率）導致的接收性能下降在不超過特定值的情況下，接收機在其指定信道頻率上接收期望信號的能力。

圖8 雜散響應

所以，帶內阻塞、帶外阻塞、雜散響應分別衡量的是不同的頻率范圍內存在干擾信號時，終端在其指定信道頻率上接收期望信號的能力。

6、寬帶互調（Intermodulation characteristic）

寬帶互調主要驗證的是，在理想傳播和無附加噪聲的場景下，同時存在2個或更多與期望信號擁有指定頻率關系的干擾信號時，終端在特定參考測量信道接收數據的能力（throughput能否滿足要求）。

05

小結

在設計NB-IoT產品時還是需要多了解相應的RF規格，而不能只看所謂的規格書，更應多進行相應的驗證測試。

本文只列舉了具體的RF傳導測試項目，因為篇幅關系，并未將其判定標準列出，具體可以查詢3GPP規范（3GPP規范為公開文檔，可通過篇尾鏈接進行下載并查閱。）