有关窄带物联网（NB-IOT）的测试解决方案

1. 引言

   随着社会的发展，人们对物联网的需求越来越强烈；而目前大量在用的 2G 模块已不能满足新的应用需求。为了解决这个问题，在 3GPP 的 Release 13 中，一个非常重要的部分就是定义了新的无线空中接口，其根据机器与机器通信的特点，特别做了相应的优化, 从而定义出新的的基于蜂窝通信的物联网系统，称作为窄带物联网（Narrow Band- Internet Of Things，简称为 NB-IOT） 。

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   本文将会对 NB-IOT 技术做简单剖析，并给出相应的工厂测试解决方案。

2. NB-IOT 简介

   对于物联网应用，其中一大类需求就是应用于各种类似于电表，水表，气表等生活用表的远程应用，这类设备典型特征是其位置基本静止不动，所需传输的数据量较小，同时对时延也不敏感，但是这类表的数量巨大，且分布广阔。在 3GPP 的 Release 13 版本中，定义的 NB-IOT，其目的就是为了解决这一类应用场景的需求。NB-IOT 在保证物体与物体之间进行通讯的前提下，极大的简化了系统复杂度以及物联网设备的能量消耗，从而大大降低物联网设备的成本；它不仅取消了对 Handover 的支持，而且终端设备也只能工作在半双工状态下。通过这些简化，新的标准使得 NB-IOT 的成本可以控制在 5 美金以下，而电池可以使用高达 10 年。

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   系统层面，NB-IOT 不仅可以和 LTE 网络同时工作，也可以独立组网从而满足某些物联网应用的特殊需求。为了满足具体应用对物联网终端数量的需求， 在 NB-IOT 网络中，每个小区可以支持多达 5 万个设备。

3. NB-IOT 系统的运行模式

   NB-IOT 可以采用以下三种运行模式：
   1. 独立组网运行：
   NB-IOT 可以独立组网，其带宽为 180kHz，只需要很窄的频谱资源就可以组网。而且，其带宽小于 GSM 的 200kHz， 也可以见缝插针的部署在 GSM网络的一个信道中，非常灵活。

   
   2. 带内组网运行：
   NB-IOT 和 LTE 网络高度兼容，可以部署在LTE 网络中；除了1.4MHz的LTE网络之外，其他带宽的 LTE 网络均可以嵌入式部署 NB-IOT 网络。

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   3. 边界组网运行：

   在 LTE 网络的带宽的两边均有 Guard-Band，NB-IOT 可以利用这些频谱资源，被部署在这里，不仅满足的 NB-IOT 的需求，同时也提高了频谱利用率。

   

   图 1 NB-IOT 布网模式

4. NB-IOT 物理层介绍

   NB-IOT 是建立在蜂窝通信的基础上， 在 LTE 网络的基础上， 针对物联网的应用场景，分别在网络和终端设备端做了改进和简化。

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   其在接入方式上，采取的与 LTE 相同的技术，即下行采用 OFDMA 上行采用 SCDMA技术，同时其子载波间隔和帧结构也和 LTE 相同。 对于 NB-IOT 这个窄带系统，其带宽限制在 1 个 PRB 即 180kHz，而其子载波间隔除了 15kHz，还增加了对 3.75kHz 的支持，相应的子载波数量也就分别为 12 和个 48 个；在实际工作中，NB-IOT 设备可以仅仅使用单个频点或者同时使用多个频点。

   在调制方式上， NB-IOT 下行采取 QPSP 的调制方式； 而上行则在单频时使用 PI/2 BPSK或 PI/4 QPSK，在使用多频时，则采用 QPSK 调制。其所支持的最大速率为下行 28Kbit/s，上行为 64Kbit/s。

   
   考虑到系统复杂性的简化和对低功耗的需求，NB-IOT 仅支持半双工通信模式，即发射和接收采用时分复用的方式，在这一点上与 GSM 系统非常类似。

5. NB-IOT 的射频测试
   NB-IOT 的测试的要求同样被定义在 3GPP 的物理层测试规范 56.521 中，包括发射测试和接收机测试。发射机测试主要包括功率、调制、频谱等指标；接收机测试则重点关注灵敏度测试。

   

   图 2 NB-IOT 发射机测试

   

   图 3 NB-IOT 邻道泄漏比测试

   
   LitePoint 提供完整的物联网测试方案，其中 IQxstream-M/IQxstream 完全支持 NB-IOT 的全部测试项目，一台仪器最多配备四套射频模块，每套模块配备 8 个射频端口，特别符合海量 NB-IOT设备的生产测试。

6. 结束语

   随着技术的进步，NB-IOT 将会逐渐走入我们的生活，不仅可以服务于各种各样的生活用表，也开始应用于目前越来越火的共享单车行业。相信不久的将来，NB-IOT 技术将会为物联网中非常重要的一员，服务于人类的工作与生活。