引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的需求越來越強(qiáng)烈；而目前大量在用的 2G 模塊已不能滿足新的應(yīng)用需求。為了解決這個(gè)問題，在 3GPP 的 Release 13 中，一個(gè)非常重要的部分就是定義了新的無線空中接口，其根據(jù)機(jī)器與機(jī)器通信的特點(diǎn)，特別做了相應(yīng)的優(yōu)化, 從而定義出新的的基于蜂窩通信的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，稱作為窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band- Internet Of Things，簡稱為 NB-IOT） 。

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本文將會(huì)對(duì) NB-IOT 技術(shù)做簡單剖析，并給出相應(yīng)的工廠測試解決方案。

NB-IOT 簡介

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，其中一大類需求就是應(yīng)用于各種類似于電表，水表，氣表等生活用表的遠(yuǎn)程應(yīng)用，這類設(shè)備典型特征是其位置基本靜止不動(dòng)，所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小，同時(shí)對(duì)時(shí)延也不敏感，但是這類表的數(shù)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(yīng)用場景的需求。NB-IOT 在保證物體與物體之間進(jìn)行通訊的前提下，極大的簡化了系統(tǒng)復(fù)雜度以及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的能量消耗，從而大大降低物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的成本；它不僅取消了對(duì) Handover 的支持，而且終端設(shè)備也只能工作在半雙工狀態(tài)下。通過這些簡化，新的標(biāo)準(zhǔn)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(dá) 10 年。

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系統(tǒng)層面，NB-IOT 不僅可以和 LTE 網(wǎng)絡(luò)同時(shí)工作，也可以獨(dú)立組網(wǎng)從而滿足某些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特殊需求。為了滿足具體應(yīng)用對(duì)物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量的需求， 在 NB-IOT 網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)小區(qū)可以支持多達(dá) 5 萬個(gè)設(shè)備。

NB-IOT 系統(tǒng)的運(yùn)行模式

NB-IOT 可以采用以下三種運(yùn)行模式：
1. 獨(dú)立組網(wǎng)運(yùn)行：
NB-IOT 可以獨(dú)立組網(wǎng)，其帶寬為 180kHz，只需要很窄的頻譜資源就可以組網(wǎng)。而且，其帶寬小于 GSM 的 200kHz， 也可以見縫插針的部署在 GSM網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)信道中，非常靈活。

2. 帶內(nèi)組網(wǎng)運(yùn)行：
NB-IOT 和 LTE 網(wǎng)絡(luò)高度兼容，可以部署在LTE 網(wǎng)絡(luò)中；除了1.4MHz的LTE網(wǎng)絡(luò)之外，其他帶寬的 LTE 網(wǎng)絡(luò)均可以嵌入式部署 NB-IOT 網(wǎng)絡(luò)。

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3. 邊界組網(wǎng)運(yùn)行：

在 LTE 網(wǎng)絡(luò)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(shí)也提高了頻譜利用率。

圖 1 NB-IOT 布網(wǎng)模式

NB-IOT 物理層介紹

NB-IOT 是建立在蜂窩通信的基礎(chǔ)上， 在 LTE 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上， 針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景，分別在網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備端做了改進(jìn)和簡化。

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其在接入方式上，采取的與 LTE 相同的技術(shù)，即下行采用 OFDMA 上行采用 SCDMA技術(shù)，同時(shí)其子載波間隔和幀結(jié)構(gòu)也和 LTE 相同。 對(duì)于 NB-IOT 這個(gè)窄帶系統(tǒng)，其帶寬限制在 1 個(gè) PRB 即 180kHz，而其子載波間隔除了 15kHz，還增加了對(duì) 3.75kHz 的支持，相應(yīng)的子載波數(shù)量也就分別為 12 和個(gè) 48 個(gè)；在實(shí)際工作中，NB-IOT 設(shè)備可以僅僅使用單個(gè)頻點(diǎn)或者同時(shí)使用多個(gè)頻點(diǎn)。

在調(diào)制方式上， NB-IOT 下行采取 QPSP 的調(diào)制方式； 而上行則在單頻時(shí)使用 PI/2 BPSK或 PI/4 QPSK，在使用多頻時(shí)，則采用 QPSK 調(diào)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(tǒng)復(fù)雜性的簡化和對(duì)低功耗的需求，NB-IOT 僅支持半雙工通信模式，即發(fā)射和接收采用時(shí)分復(fù)用的方式，在這一點(diǎn)上與 GSM 系統(tǒng)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(guī)范 56.521 中，包括發(fā)射測試和接收機(jī)測試。發(fā)射機(jī)測試主要包括功率、調(diào)制、頻譜等指標(biāo)；接收機(jī)測試則重點(diǎn)關(guān)注靈敏度測試。

圖 2 NB-IOT 發(fā)射機(jī)測試

圖 3 NB-IOT 鄰道泄漏比測試

LitePoint 提供完整的物聯(lián)網(wǎng)測試方案，其中 IQxstream-M/IQxstream 完全支持 NB-IOT 的全部測試項(xiàng)目，一臺(tái)儀器最多配備四套射頻模塊，每套模塊配備 8 個(gè)射頻端口，特別符合海量 NB-IOT設(shè)備的生產(chǎn)測試。

結(jié)束語

隨著技術(shù)的進(jìn)步，NB-IOT 將會(huì)逐漸走入我們的生活，不僅可以服務(wù)于各種各樣的生活用表，也開始應(yīng)用于目前越來越火的共享單車行業(yè)。相信不久的將來，NB-IOT 技術(shù)將會(huì)為物聯(lián)網(wǎng)中非常重要的一員，服務(wù)于人類的工作與生活。