本應用指南首先回顧了窄帶物聯網（NB-IoT）技術的發展現狀，然后介紹了信道模擬器在NB-IoT測試中的應用，最后介紹了使用Pathrrot X2進行NB-IoT測試的方法。

一、引言

物聯網（IoT）的迅速發展催生了巨大的通信需求，其中基于第四代蜂窩移動通信LTE技術的NB-IoT，在市場上得到越來越多的應用。NB-IoT具有廣覆蓋、大連接、 低功耗、 低成本四大特性，隨著NB-IoT終端設備的數量和密度上大幅增加，其設計、研發、生產、認證、網絡部署等面臨諸多挑戰。由于無線通信信道的復雜性，信道模擬器在NB-IoT基站和終端設備的評估中起著至關重要的作用。

Pathrrot X2 信道模擬器廣泛支持常用的信道模型，支持國際標準中提出的各種信道模型，特別提供專為NB-IoT設計的信道模型，為應對NB-IoT無線信道仿真提供了強有力的測試手段。同時，該信道模擬器具有第三方模型接口，支持用戶自定義模型的加載，提供定制模型開發。總之，Pathrrot X2契合NB-IoT的諸多測試要求，可以廣泛應用于系統與模塊測試。

本應用指南首先回顧了NB-IoT技術的發展現狀，然后介紹了信道模擬器在NB-IoT測試中的應用，最后介紹了使用Pathrrot X2進行NB-IoT測試的方法。

二、NB-IoT技術概述

物聯網（IoT）顧名思義就是連接物品的網絡，通過各種信息傳感設備，實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程等各種需要的信息，結合互聯網而形成的一個巨大網絡。技術的不斷發展使得基于IoT的構建模塊在市場上得到越來越多的應用，例如智能家居與智慧停車；在世界各地，以IoT為核心的智能城市的規劃與建設如火如荼。   

具體來說，IoT包括多種實現方法，窄帶物聯網（NB-IoT）是其中重要分支之一。NB-IoT同時也是低功耗廣域網（LPWAN）的一種，工作于授權頻譜下，是獲得3GPP支持的窄帶蜂窩通信技術，只消耗大約180 kHz的帶寬，可直接部署于GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡，以降低部署成本、實現平滑升級。

對于電信運營商而言，車聯網、智能家居、智能穿戴、智慧醫療、智慧農業等物聯網應用將產生海量連接，遠遠超過人與人之間的通信需求，據估計即將面世的智能物件數量可達300億。NB-IoT也因此具有以下幾個重要特點，1）廣覆蓋，室內覆蓋增強，在同樣的頻段下，NB-IoT比現有的網絡增益20dB，即提升了100倍的覆蓋能力；2）大連接，單個小區支持5萬個終端的接入，支持低延時敏感度和優化的網絡架構；3）低功耗，終端使用壽命可達10年；4）低成本，每一終端模塊的成本不超過5美元。

和傳統互聯網相比，NB-IoT設備在數量和密度上的大幅增加，帶來了一系列的挑戰，研發人員必須解決這些挑戰，才能確保這些設備的成功實現。

三、信道模擬器在NB-IoT中的應用

在原型研發階段，工程師往往習慣于采用終端（或終端模擬器）和基站（或基站模擬器）直接相連的方法來測試NB-IoT設備的功能和性能，然而NB-IoT的實現主要依賴于無線通信，上述方法忽略了信道的復雜性，使得終端在投放到實際場景中時性能變差，甚至出現不工作的極端現象；也就是說，在實驗室環境下對實際無線信道的模擬將極大地影響終端設備的工作效果。在NB-IoT的終端和基站的研發過程中應用信道模擬器，會使測試更加接近實際的應用場景，易于發現問題，從而降低可能產生的后續成本。

根據待測設備（DUT）的不同，信號模擬器主要可以應用于以下兩種情況。

3.1   基站和終端性能測試

a)    基站性能測試

圖1：NB-IoT基站性能測試

在實際應用中，NB-IoT網絡覆蓋面積比LTE大百倍，終端所處位置條件可能比較偏僻，比如終端處于室內角落、停車場或者地下管道中，并且終端由于低功耗的要求，信號發射功率、持續時間有很大差異，基站是否可以正常接收復雜環境下多樣化的終端發射信號，這是NB-IoT基站設備廠商和網絡運營商最關心的問題之一。

如圖1所示的測試方案，通過應用信道模擬器，設置所需的信道條件——選擇信道模型、場景、用戶移動速度等，來測試NB-IoT基站在超大路徑損耗的衰落信道條件下的接收性能，如RRC協議基本功能測試、上下行吞吐量測試等。

b)    終端性能測試

圖2：NB-IoT終端基本性能測試

類似地，NB-IoT終端所處位置條件比較偏僻時，所接收到的基站信號常常較為微弱，例如當終端位于地下管道中，隨著管道深度的增加，損耗增大，信號入射角度與頻率不同導致了不同程度的損耗。此時需要對終端的工作效果進行評估，主要包括基本射頻性能測試、物理層關鍵技術測試以及RRM性能測試等。如圖2所示，通過應用信道模擬器，選擇所需的信道模型、場景、用戶移動速度等，設置信道條件，來測試NB-IoT終端在超大路徑損耗條件下的基本接收性能，包含協議一致性測試、物理層關鍵技術測試、射頻性能指標測試、衰落信道下單用戶的上下行吞吐量測試等。

c)    上下行吞吐量測試例

下面給出一個利用信號模擬器進行上下行吞吐量測試的測試例^[1-2]。

圖3：NB-IoT吞吐量測試流程

3.2   終端功耗測試

圖4：NB-IoT終端功耗測試

NB-IoT終端由電池供電，且目標使用壽命為10年左右，因此在研發過程中還必須專門對終端的功率進行評估。如圖4所示為創遠儀器基于信道模擬器給出的NB-IoT終端功耗測試方案，采用集成恒壓源和電流分析儀，具有高動態范圍，適應NB-IoT各種工作模式。可設置信道模擬器產生所需的信道條件，例如SCME-B信道模型、UMa NLOS場景、用戶移動速度為3 km/h，測試如下幾項功耗：

•   待機功耗，即終端不開啟eDRX、不開啟PSM；
•   休眠功耗，即開啟eDRX、開啟PSM；
•   下載功耗，即CP模式和UP模式下，接收N字節數據包的耗電量。

圖5：NB-IoT終端待機/休眠功耗測試流程

圖6：NB-IoT終端下載功耗測試流程

四、使用Pathrrot X2 進行信道仿真的測試

Pathrrot X2 信道模擬器是創遠儀器基于國家科技重大專項成果轉化的高端無線通信測量儀器，廣泛支持各類信道模型，具有射頻指標優異、用戶體驗友好等特點，適合于在實驗室條件下進行各種外場環境的模擬測試。

利用Pathrrot X2 信道模擬器，使得NB-IoT終端和基站設備的原型評估過程更接近實際應用場景，有助于工程師發現潛在問題，增強設備可用性，并有效降低可能產生的后續成本。通過使用信道模擬器，NB-IoT設備的開發者不僅能獲得更快的產品上市時間，而且能增加設備在市場上成功推廣的可能性。

產品優勢：

•   優異的射頻性能，基于創遠儀器高性能通用儀表平臺研制，可連續覆蓋較寬頻率范圍，同時具有大動態輸入輸出功率范圍，能夠滿足不同用戶的需求
•   支持Constant、Rayleigh、Rice等通用信道模型和ITU、3GPP等國際組織提出的標準信道模型，提供NB-IoT定制信道模型
•   獨創專利技術，支持高動態雙向信號模擬
•   靈活可配的通道數，既支持SISO，也支持多端口MIMO，滿足客戶的不同需求
•   開放性的接口，支持自定義信道模型，便于用戶進行二次開發
•   優異的交互體驗，采用圖形化用戶界面，支持全觸控

注: 以上指標針對NB-IoT測試應用，如有進一步需求請與我們聯系

參考文獻

[1] NB-IoT技術試驗基站設備測試規范，TD-LTE工作組，2017
[2] NB-IoT技術試驗終端設備測試規范，TD-LTE工作組，2017
[3] Pathrrot X2產品手冊，創遠儀器，2017