NB-IoT(Narrowband IoT)是未來智能社會實現萬物互聯的重要支撐技術。它從設計之初就得到了業內的廣泛關注。隨著技術路線圖的確定和產業鏈上下游的充分發展，NB-IoT技術已在世界多地呈現出高速成長的態勢。在我國，三家主要電信運營商都已積極投入資源參與NB-IoT網絡的建設和試驗工作，并逐步開展了商業運營。從終端角度來說，已有不少物聯網模組企業推出了較為成熟產品，終端品種將越來越豐富。根據歷史經驗，隨之而來的NB-IoT終端產品測試問題將成為一個業內各單位需要共同應對的挑戰，國內權威檢測機構泰爾實驗室已在2017年底宣布開展NB-IoT終端的入網準入測試，因此，無線終端產業的從業人員很有必要深入學習和掌握這門新技術的規范化測試方法以及測試工具的使用。

技術特點

NB-IoT的主要技術特點可簡述如下：

1) NB-IoT相比其它技術有著小帶寬（180 KHz，含保護帶寬為200KHz）；高靈敏度（應對諸多極限連接場景）；大容量、多連接（每小區可容納5萬個連接）；極低功耗（電池壽命需要達到數年以上）；允許高時延（最大可到10秒）；低成本（單模塊幾美元）等突出特點。

2) NB-IoT和LTE有著密切的關系，其底層形態和協議棧結構與LTE有很多共同之處，核心網絡則繼承和發展了LTE的EPC模式。

3) 使用FDD的半雙工模式，目前已分配的工作頻段包括1, 2, 3, 5, 8, 11, 12, 13, 17, 18, 19, 20, 21, 25, 26, 28, 31, 66 ,70等。它可獨立部署，也可在LTE系統的保護頻帶上部署，還可以在LTE已規劃頻段內部署。

4) 射頻傳輸總帶寬為180KHz，即LTE 1個RB的寬度；下行采用OFDMA多址方式，子載波間隔15KHz，QPSK調制方式；上行采用SC-FDMA方式，支持15KHz和3.75KHz兩種子載波間隔，根據上行方向共享傳輸信道的格式的不同，上線支持單載波(single tone)和多載波(multi-tone)調度方式，分別使用BPSK和QPSK調制方式，對應不同工作場景。

5) 下行方向時域采用了和LTE相類似的“符號-時隙-子幀-幀”結構，另外還設計了一個“超幀”概念，它包括1024個幀，時長約3小時左右；上行方向如果采用15KHz信道間隔，則時頻結構與下行類似，如果采用3.75KHz信道間隔，則時隙長度擴展成了2毫秒，即15 KHz信道間隔時的4倍，而每時隙內符號數保持不變。

6) 上行方向的功率控制，除了考慮小區允許最大發射功率的限制，還需要考慮分配給終端的子載波個數、開環起始目標功率及路損的影響，受開環功率控制的影響較大。

7) 下行信道有窄帶物理廣播(NPBCH)、窄帶物理下行共享(NPDSCH)和窄帶物理下行控制(NPDCCH)等；上行信道有窄帶物理隨機接入(NPRACH)和窄帶物理上行共享(NPUSCH)。下行物理層信號有窄帶主輔同步和窄帶參考信號，上行物理層有解調參考信號。

8) 考慮到低成本，低功耗，大連接，且移動性管理場景需求不強烈的特點，NB-IoT在RRC層信令、系統消息、尋呼過程、接入過程、數據鏈路構成和傳輸方式等方面都進行了很多簡化；為增強覆蓋性能，還設計了雙向重復傳輸(Repetition)模式，最大允許200次重傳。

9) 支持功耗節省模式(Power Saving Mode)和增強型不連續接收(eDRX)，以減小電池的消耗。

10) 下行方向速率最大可達250kbps，上行方向速率最大可到20kbps。

關于NB-IoT的技術細節，建議閱讀羅德與施瓦茨公司的技術白皮書< Narrowband Internet of Things >，文檔編號1MA266。

射頻測試需求

NB-IoT在3GPP規范體系的R13版本中正式推出，其終端射頻一致性測試要求并未單獨發布，而是與eMTC、V2X等新技術一起包括在LTE終端測試規范TS 36.521當中，并隨該規范的不斷更新而持續完善。通過研讀R14版本規范（2017年9月份發布）可知，NB-IoT射頻一致性測試要求區分為發射機和接收機測試兩大類，測試用例分布在3個章節，即第6章發射機特性，第7章接收機特性和第8章性能要求之內。

對發射機測試，需要考察時域的最大/最小功率、最大功率回退、配置功率、開關時間模板（含接入信道）、以及功率控制等指標；調制域的EVM和頻率誤差、載波泄露與帶內發射等指標；頻域的鄰道泄露功率、頻譜發射模板、占用帶寬、帶外雜散發射和LTE帶內共存等指標。

對接收機則需要分別考察靜態和衰落條件下的表現。靜態信道下接收機測試包括了重傳和非重傳條件下的絕對靈敏度、最大輸入電平、鄰道抑制、帶內和帶外阻塞、雜散響應和寬帶互調等指標。衰落信道下接收機測試考察終端對NPDSCH和NPDCCH信道的解調能力，具體包括LTE帶內部署、單獨部署和LTE帶間部署情況下；基站單天線和分集發射共四種不同場景。以上大多數收發測試用例都會根據上行信號的調制方式、子載波間隔等預置條件的不同而進行多次測試。

其它典型實驗室測試需求

除上述射頻一致性測試要求之外，根據應用場景的需要，開發人員通常還要完成下面這些復雜測試任務：

1) NB-IoT只設計了數據傳輸應用，IP層的相關功能、業務能力的驗證就顯得非常必要。

2) NB-IoT終端對電池壽命的要求非常苛刻，必須進行精確的電流測試以保證設計達標。

3) NB-IoT做為全新的接入網技術，協議棧只能逐漸的成熟完善，早期與信令消息相關的測試和問題定位的需求很迫切。

4) NB-IoT終端可能攜帶敏感信息，如何保障IP系統的安全，如何對抗“黑客”的入侵。

CMW測試方案簡介

NB-IoT終端的一個基本定位是“低成本”，但是從上面的說明可以看到，NB-IoT相關的射頻測試要求卻非常高，這就意味著需要投入足夠的資源才能從測試的角度保證產品性能的可靠。如何平衡研發、生產的測試投入與經濟效益產出之間的關系，難度不小，用戶希望的是使用適當的投資就獲得功能強大的NB-IoT測試平臺。

羅德與施瓦茨公司的CMW500射頻測試儀恰恰為所有這些需求都提供了良好的解決方案。CMW500不僅支持主流的2/3/4G移動通信標準和WLAN、藍牙這些短距無線連接技術，現又將其測試能力擴展到了NB-IoT和eMTC等物聯網新興技術領域。在LTE時代，CMW500憑借優異的表現而成為產業界事實的標桿。而對NB-IoT技術，用戶只需在CMW500平臺上做一定的軟硬件升級，即可獲得全面的終端測試能力。考慮到LTE和NB-IoT高度融合的特性，在一個平臺上平穩升級的方案，無論在能力的兼容、可靠性和精度的保證，還是既有投資的保護，都是一個非常好的選擇。CMW500的最新固件版本已支持NB-IoT的信令和非信令測試，尤其需要指出的是，它的信令（基站模擬）功能非常優秀，用它可以簡化測試，幫助用戶驗證更多的問題，CMW500是目前市場上僅有的幾種支持NB-IoT信令模式的儀表之一。

通過儀表的用戶界面和實測結果可以看到，CMW500支持設定NB-IoT基站的基礎參數，主要包括：

頻段、信道；雙工方式；子載波間隔（15或3.75KHz）；小區ID；部署模式（單獨部署、LTE保護帶內或LTE頻段共存部署）；終端側接收到的NRS參考信號的強度等。

可支持單純的射頻測試連接（僅底層協議）和數據應用模式連接（含IP等高層協議）。在射頻測試連接模式下，可設置不同類型鏈路類型，如專門用于發射、接收測試的“UL RMC”和“DL RMC”模式，載波數量和其起始位置、調制指數等信息可以調節；針對數據應用模式，可設置有收發雙向數據的用戶自定義模式，以便同時連續調度上行和下行數據，相對“UL RMC”和“DL RMC”更加靈活。

NPRACH/NPUSCH信道功率控制相關設置，如空口NB-IoT參考信號強度，期望的初始接入信號強度，NPUSCH的P0期望功率和路損因子α等參數。

網絡PLMN設置；安全相關設置，包括測試USIM卡相關參數；網絡側加擾的打開或關閉。

NPDSCH和NPUSCH重復模式的設置。

可支持PSM模式和eDRX相關參數設置。

NB-IoT基站高級設置菜單

從測量能力上可以看到，CMW500的NB-IoT測試應用工具具備如下功能：

終端基本信息的獲取，如注冊狀態，IMEI/IMSI等身份信息，終端能力等級；默認承載的建立和IP地址的分配。

NB-IoT基站基礎設置，以及數據應用模式（Data Application）連接下終端身份信息的獲取，IP地址的分配

終端與儀表之間交互的所有信令消息，可通過CMWmars工具記錄、查看和分析。

正常注冊過程中，NB-IoT終端和CMW500之間的信令交互

發射機，接收機射頻測試，可針對功率（包括功率回退、配置功率、開關時間模板等）、調制性能（EVM，Frequency/Phase Error, IBE等）、頻譜（頻譜模板、占用帶寬）、BLER和物理層吞吐量等基礎指標進行全方位測量。可針對NPUSCH和NPRACH兩種信道分別進行測試。目前CMW500配合信號源、頻譜儀等設備，可以完成上述3GPP測試規范中第6、7章的24個用例的測試，覆蓋面達到86%。這兩章剩余的4個用例以及第8章的4個用例也在開發過程當中。詳情可以通過R&S公司提供的CMW500測試能力列表文檔了解。

發射機測試，NPUSCH信道測試結果

發射機測試，NPRACH信道測試結果

接收機測試，包括BLER和吞吐量等指標

可以根據NPUSCH信道觸發測量，測試更精準；不僅可以給出單純的數值形式結果，還可提供豐富的圖形結果，信息量豐富。

IP層相關測試，CMW500支持通過控制面(C-Plane)和用戶面(U-Plane)承載IP數據，使用者可以運行PING以及Iperf灌包等IP層工具驗證終端業務能力，并通過CMW500提供的IP抓包和IP安全分析工具來進行問題定位和網絡安全性能驗證。

NB-IoT的數據應用模式連接下，從CMW500向終端發起PING測試，可見PING時延在2秒以上，符合NB-IoT低速連接的技術特點

數據應用連接下的Iperf灌包測試，可見左側有極低的綠色上行速率，表明CMW500接收到了終端發出的UPD數據包

使用IP安全分析工具，記錄下NB-IoT終端訪問的真實網站位置信息

非信令測試模式下，ARB信號源可播放使用R&S WinIQSIM2軟件工具制作的非信令波形文件，發射機測量工具可脫離信令模塊單獨工作，滿足生產線相關的模塊校準和驗證測試要求，節省投資。

配合使用CMWrun自動化測試軟件，可高效完成終端射頻測試，腳本編輯方便，用戶界面友好。

CMWrun NB-IoT射頻測試腳本覆蓋發射，接收測量

配合使用R&S RT-ZVC多通道功率探頭和CMWrun自動化測試軟件，可進行NB-IoT終端，尤其是在使用真實電池的情況下，電流的變化情況，CMW500模擬網絡各種行為，并提供準確的信令動作觸發RT-ZVC的測量，以便記錄下注冊、發起數據連接等關鍵時間節點功耗的變化，測試全程自動化進行。

RT-ZAC多通道探頭與CMW500配合測量NB-IoT終端的電流消耗

面對物聯網技術的快速發展，羅德與施瓦茨公司已做好準備，CMW500射頻測試儀將用優秀的表現，繼續為用戶的測試工作提供可靠、準確的保障。羅德與施瓦茨公司愿和業內同仁一起攜手，為我國NB-IoT產業的持續發展貢獻力量。