关于NB-IoT测试解决方案的分析和介绍
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标准核心协议制订完成。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，最大可以对抗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测试验证的最前沿，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
罗德与施瓦茨是第一个提供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公司提供专业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也提供了专业的测试方案。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、认证和服务等各个阶段。
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，拥有最佳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。
图3. nb-iot终端测试界面
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 终端协议认证及运营商定制测试方案
除了最基本的射频测试，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认证要求的测试用例，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，从而确保能一次性通过在运营商的入网测试。
4.3nb-iot 终端rf/rrm认证测试方案
为了支持nb-iot终端的射频研发和认证测试，r&s推出了认证测试平台ts8980射频测试系统。可以对终端进行gcf或者ptcrb要求的全认证射频测试。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最值得信赖的长期合作伙伴。
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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标准核心协议制订完成。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，最大可以对抗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测试验证的最前沿，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
罗德与施瓦茨是第一个提供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公司提供专业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也提供了专业的测试方案。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、认证和服务等各个阶段。
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，拥有最佳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。
图3. nb-iot终端测试界面
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 终端协议认证及运营商定制测试方案
除了最基本的射频测试，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认证要求的测试用例，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，从而确保能一次性通过在运营商的入网测试。
4.3nb-iot 终端rf/rrm认证测试方案
为了支持nb-iot终端的射频研发和认证测试，r&s推出了认证测试平台ts8980射频测试系统。可以对终端进行gcf或者ptcrb要求的全认证射频测试。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。
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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最值得信赖的长期合作伙伴。
图5. r&s公司的测试解决方案
微软Power Pages全球的月度活跃用户已过亿
新流程出台运营商将如何破解携号转网操作难题
中国iPhone8要多少钱?史上最贵iphone8发布时间确认:9月17日发布七千起! iphone7降至冰点价你还愿意买吗
电机控制和功率效率：不再是一个没有另一个
石墨烯电池的优缺点是什么？
关于NB-IoT测试解决方案的分析和介绍
中国网：以莫须有名义打压华为，瑞典恐难逃对等反制
带你从0了解移动机器人(五) （ 如何选择控制器类型）
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华为MateBook D怎么样？华为MateBook D评测：玩轻量游戏无压力
入手前必看！关于OLED电视你不得不知道的七大问题
如何制作一个简易的数控电源？
制冷红外探测器材料？
感测元件需求热，将持续推升鼎元营运成长
射频技术简单介绍及其在图书馆的应用探讨
高性能VGA芯片AD8367原理及应用
安全继电器品牌及工作原理
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