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PATHRROT X2信道模擬器在NB-IoT測試中的應(yīng)用

2018-03-09 來源:微波射頻網(wǎng) 字號:

本應(yīng)用指南首先回顧了窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,然后介紹了信道模擬器在NB-IoT測試中的應(yīng)用,最后介紹了使用Pathrrot X2進(jìn)行NB-IoT測試的方法。

一、引言

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的迅速發(fā)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(shù)的NB-IoT,在市場上得到越來越多的應(yīng)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(shè)備的數(shù)量和密度上大幅增加,其設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)、認(rèn)證、網(wǎng)絡(luò)部署等面臨諸多挑戰(zhàn)。由于無線通信信道的復(fù)雜性,信道模擬器在NB-IoT基站和終端設(shè)備的評估中起著至關(guān)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(biāo)準(zhǔn)中提出的各種信道模型,特別提供專為NB-IoT設(shè)計(jì)的信道模型,為應(yīng)對NB-IoT無線信道仿真提供了強(qiáng)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(fā)。總之,Pathrrot X2契合NB-IoT的諸多測試要求,可以廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)與模塊測試。

本應(yīng)用指南首先回顧了NB-IoT技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,然后介紹了信道模擬器在NB-IoT測試中的應(yīng)用,最后介紹了使用Pathrrot X2進(jìn)行NB-IoT測試的方法。

二、NB-IoT技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)顧名思義就是連接物品的網(wǎng)絡(luò),通過各種信息傳感設(shè)備,實(shí)時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程等各種需要的信息,結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)而形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)。技術(shù)的不斷發(fā)展使得基于IoT的構(gòu)建模塊在市場上得到越來越多的應(yīng)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(guī)劃與建設(shè)如火如荼。   

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

對于電信運(yùn)營商而言,車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、智能穿戴、智慧醫(yī)療、智慧農(nóng)業(yè)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將產(chǎn)生海量連接,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人與人之間的通信需求,據(jù)估計(jì)即將面世的智能物件數(shù)量可達(dá)300億。NB-IoT也因此具有以下幾個重要特點(diǎn),1)廣覆蓋,室內(nèi)覆蓋增強(qiáng),在同樣的頻段下,NB-IoT比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益20dB,即提升了100倍的覆蓋能力;2)大連接,單個小區(qū)支持5萬個終端的接入,支持低延時敏感度和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);3)低功耗,終端使用壽命可達(dá)10年;4)低成本,每一終端模塊的成本不超過5美元。

和傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)相比,NB-IoT設(shè)備在數(shù)量和密度上的大幅增加,帶來了一系列的挑戰(zhàn),研發(fā)人員必須解決這些挑戰(zhàn),才能確保這些設(shè)備的成功實(shí)現(xiàn)。

三、信道模擬器在NB-IoT中的應(yīng)用

在原型研發(fā)階段,工程師往往習(xí)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(shè)備的功能和性能,然而NB-IoT的實(shí)現(xiàn)主要依賴于無線通信,上述方法忽略了信道的復(fù)雜性,使得終端在投放到實(shí)際場景中時性能變差,甚至出現(xiàn)不工作的極端現(xiàn)象;也就是說,在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下對實(shí)際無線信道的模擬將極大地影響終端設(shè)備的工作效果。在NB-IoT的終端和基站的研發(fā)過程中應(yīng)用信道模擬器,會使測試更加接近實(shí)際的應(yīng)用場景,易于發(fā)現(xiàn)問題,從而降低可能產(chǎn)生的后續(xù)成本。

根據(jù)待測設(shè)備(DUT)的不同,信號模擬器主要可以應(yīng)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(shí)際應(yīng)用中,NB-IoT網(wǎng)絡(luò)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(nèi)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(fā)射功率、持續(xù)時間有很大差異,基站是否可以正常接收復(fù)雜環(huán)境下多樣化的終端發(fā)射信號,這是NB-IoT基站設(shè)備廠商和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商最關(guān)心的問題之一。

如圖1所示的測試方案,通過應(yīng)用信道模擬器,設(shè)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(xié)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(dāng)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(dǎo)致了不同程度的損耗。此時需要對終端的工作效果進(jìn)行評估,主要包括基本射頻性能測試、物理層關(guān)鍵技術(shù)測試以及RRM性能測試等。如圖2所示,通過應(yīng)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(shè)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(xié)議一致性測試、物理層關(guān)鍵技術(shù)測試、射頻性能指標(biāo)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?yán)?/p>

下面給出一個利用信號模擬器進(jìn)行上下行吞吐量測試的測試?yán)?sup>[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(biāo)使用壽命為10年左右,因此在研發(fā)過程中還必須專門對終端的功率進(jìn)行評估。如圖4所示為創(chuàng)遠(yuǎn)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(tài)范圍,適應(yīng)NB-IoT各種工作模式。可設(shè)置信道模擬器產(chǎn)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(xiàng)功耗:

•   待機(jī)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(jié)數(shù)據(jù)包的耗電量。

圖5:NB-IoT終端待機(jī)/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(jìn)行信道仿真的測試

Pathrrot X2 信道模擬器是創(chuàng)遠(yuǎn)儀器基于國家科技重大專項(xiàng)成果轉(zhuǎn)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(biāo)優(yōu)異、用戶體驗(yàn)友好等特點(diǎn),適合于在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行各種外場環(huán)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(shè)備的原型評估過程更接近實(shí)際應(yīng)用場景,有助于工程師發(fā)現(xiàn)潛在問題,增強(qiáng)設(shè)備可用性,并有效降低可能產(chǎn)生的后續(xù)成本。通過使用信道模擬器,NB-IoT設(shè)備的開發(fā)者不僅能獲得更快的產(chǎn)品上市時間,而且能增加設(shè)備在市場上成功推廣的可能性。

產(chǎn)品優(yōu)勢:

•   優(yōu)異的射頻性能,基于創(chuàng)遠(yuǎn)儀器高性能通用儀表平臺研制,可連續(xù)覆蓋較寬頻率范圍,同時具有大動態(tài)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(biāo)準(zhǔn)信道模型,提供NB-IoT定制信道模型
•   獨(dú)創(chuàng)專利技術(shù),支持高動態(tài)雙向信號模擬
•   靈活可配的通道數(shù),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(jìn)行二次開發(fā)
•   優(yōu)異的交互體驗(yàn),采用圖形化用戶界面,支持全觸控

注: 以上指標(biāo)針對NB-IoT測試應(yīng)用,如有進(jìn)一步需求請與我們聯(lián)系

參考文獻(xiàn)

[1] NB-IoT技術(shù)試驗(yàn)基站設(shè)備測試規(guī)范,TD-LTE工作組,2017
[2] NB-IoT技術(shù)試驗(yàn)終端設(shè)備測試規(guī)范,TD-LTE工作組,2017
[3] Pathrrot X2產(chǎn)品手冊,創(chuàng)遠(yuǎn)儀器,2017
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