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NBIoT终端标准化进展与测试验证
NB-IoT终端标准化进展与测试验证
1、引言
自“智慧地球”提出以来,物联网的概念迅速在全球范围内被认可,成为新一轮科技革命与产业变革的核心驱动力之一。
物联网不仅仅是简单的海量物体接入,更是办公,交通,医疗,娱乐等多种垂直行业价值链等资源要素的高度融和。
据Gartner的2016年报告预测,到2020年全球联网设备数量将达到260亿台,其中物联网接入设备达到160亿台,其市场规模将达到1.9万亿美元。
而其中低流量,低功耗,低成本的物联网设备将占据物联网设备总量的90%左右。
2015年,全球通信产业对于低功耗广域覆盖(LPWA:
LowPowerWideArea)的物联网场景达成共识,3GPP也正式启动NB-IoT的相关研究工作。
2、3GPP物联网标准化概述
在NB-IoT提出之前,业界已经启动了机器类通信的研究。
而在物联网领域,低功耗,广覆盖,低成本,低速率的LPWAN技术将涵盖大部分物联网业务模型。
因此面向LPWAN场景下的物联网接入技术成为蜂窝及非蜂窝物联通信重点关注领域。
在国际标准方面,3GPP一直努力推动相关机器类通信(MTC)技术的发展,且主要集中在两个方向上,如图1所示。
图1、3GPPRel-13中IoT相关项目关系简图
一方面,在LTE及LTE-A演进阶段,3GPP定义了许多不同的终端类型,从而适应不同场景不同业务下的物联网终端需求。
在Rel-8版本中,从速率的角度定义了Category1~5的终端类型。
在之后的版本演进中,不仅制定了支持高带宽,高速率的Category6,Category9等终端类型,同时也定义了更低成本,支持更低功耗的Category0终端类型。
但考虑到Category0技术需要对现有网络进行改造,升级成本与终端收益并不高,因此其被普遍商用的可能性不高,更多被认为是一种过渡。
因此3GPP于2014年成立Cat.M工作组。
目前Cat.M核心标准已经冻结。
另一方面3GPP基于窄带传输的思路,讨论其演进和全新接入技术的研究。
长期以来,运营商的物联网业务主要依靠成本低廉的GPRS模块提供物联网设备间通信需求。
但近几年由于LoRa,Sigfox等基于非蜂窝的新型物联网技术的出现,对于GPRS模块在成本,功耗和覆盖等方面有较大冲击。
因此3GPP在GERAN#62会议上成立新的SI,希望可以支持更低成本,更低功耗,更强覆盖等特性。
而NB-IoT正是基于第二种思路提出的一种新的传输方案。
在时延不敏感,移动性需求不高的LPWAN场景下,NB-IoT技术在续航、覆盖方面的技术优势,无疑更得到各方关注。
3、NB-IoT标准化情况
3.1国际标准化情况
2014年,3GPP在GERAN组“FS-IoT_LC”的SI项目中在初始阶段主要由3项技术被提出。
分别是扩展覆盖GSM技术EC-GSM,由华为,高通主导的NB-CIoT,以及由爱立信,中兴主导的NB-LTE。
CIoT作为GERAN#62次会议立项的SI课题,主要针对蜂窝网络对面向物联网终端的技术演进。
该立项课题得到华为、诺基亚、沃达丰、中国移动、Orange和TelecomItaly等公司支持。
其主要研究目标有:
· 增强覆盖(相比传统GPRS覆盖增强20dB,MCL目标要求164dBm)
· 支持大量低速率终端设备接入
· 低成本设备
· 低功耗(电池寿命达10年)
· 支持上下行传输
· 尽量小的网络改动
该SI工作中,启动窄带蜂窝物联网研究,并最终形成了基于GSM的技术演进和全新的技术方案研究报告TR45.820。
主要提及3项技术,分别为:
扩展覆盖GSM技术EC-GSM,由华为,高通主导的NB-CIoT,以及由爱立信,中兴主导的NB-LTE。
NB-CIoT提出了全新的空口技术,相对于现有LTE网络上改动较大。
网络升级的代价带来NB-CIoT性能上的提高,可以全部满足TSGGERAN会议所提出的5项性能目标(提升室内覆盖,支持大规模设备连接,减小设备复杂度,减小功耗和时延)。
而另一方面NB-LTE技术与NB-CIoT定位相似但更倾向于对兼容现有LTE网络,在部署上更简单。
因此,在RAN#69次会议上,经过激烈讨论,各方最终达成一致,将NB-CIoT和NB-LTE两个技术方案进行融和形成NB-IoT,作为RAN工作组基于LTE的蜂窝物联网技术演进方案,正式进行立项。
对NB-IoT的能力提出具体的指标要求:
· 深度覆盖,NB-IoT比现有GPRS网络提升20dB;
· 支持单用户上下行至少160bps,覆盖面积扩大100倍;
· 具备支撑海量连接能力,一个NB-IoT扇区可支持5万个连接;
· 更低功耗,5Wh的电池可供终端使用10年;
· 时延上更灵活,对某些应用,上行的时延可放宽到10s。
考虑到未来GSM退网,以及频谱资源等因素,EC-GSM方案作为Rel-13的GSM技术演进方案,EC-GSM技术仅会在某些特殊场景,如无法建设NB-IoT等场景中采用。
图2、NB-IoT技术演进路线
NB-IoT的标准提主要可分为CorePart(核心部分),性能标准及一致性测试标准等。
其中核心部分标准规定的是协议的具体内容,包括信令协议,网络接入等,主要与开发相关。
性能标准规定了各子技术领域的性能,同测试相关。
一致性测试标准,是射频、协议、RRM的测试标准。
目前NB-IoT的Rel-13版本核心标准已经冻结。
一致性测试标准是有3GPPRAN5工作组制定,RAN5的终端一致性测试子工作组(NB_IoT-UEConTest)根据运营商和终端厂商沟通情况,将相关测试例优先级分为两个阶段,即Phase1和Phase2。
目前Phase1仅遗留少部分工作尚未完成,Phase2也的工作也在持续推进。
具体参照表1。
表1、RAN5工作组进度图
在2016年6月RAN#72次会议上,由Vodafone,Huawei,HISilicon,Ericsson和Qualcomm联合提出了新的WI,即EnhancementsofNB-IoT(Rel-14版本)。
Rel-14版本的NB-IoT是对Rel-13版本的增强,同时保持现有NB-IoT的低成本、低复杂度、容量和覆盖能力。
Rel-14版本的NB-IoT的增强功能包括:
· 定位:
改进Rel-13版本不支持定位的缺点
· 移动性增强:
改进Rel-13版本的弱移动性缺点
· 组播:
用于UE(嵌入式芯片ROM)软件升级、消息群发等
· 新功率等级:
MCL能适当放宽前提下,使用更低功率级别(14dBm)
3.2国内标准化情况
国内物联网市场潜力巨大,但当前行业标准缺乏统一,造成了物联网市场严重的碎片化,需要尽快展开物联网技术研究和标准化工作。
一方面满足物联网市场发展要求,协助运营商转型。
另一方面,也能进一步推动物联网产业加快发展。
目前国内主要有中国通信标准化协会(CCSA)和电信终端产业协会(TAF)在进行NB-IoT及物联网行业相关的标准化工作。
其中中国通信标准化协会依托3GPP的现有框架,对面向物联网的蜂窝窄带接入的技术方法,测试方法等开展工作。
电信终端产业协会则以行业为依托,以通信与垂直行业融和为基础,完善相关标准体系及内容。
3.2.1国内行业进展
电信终端产业协会,于2017年开始蜂窝窄带物联网的相关技术研究和标准化工作。
考虑到产业链中物联网模块企业众多,物联网模块形态各异,各厂家采用指令集亦不相同等情况,TAF在国内首个完成物联网模块协会标准。
目前TAF协会具体工作进展如下:
表2、TAF蜂窝窄带接入标准进展情况
在TAF蜂窝窄带物联网模组的相关标准规范中,全面参考和综合来自各芯片、模组、终端、行业应用提供商及运营商意见,对NB-IoT模组进行相关定义,完成了NB-IoT模组标准的第一阶段。
随着技术的发展,后面会更有针对性的制定第二阶段的标准。
面向窄带物联网(NB-IoT)模组系列规范主要涉及如下相关内容:
-外形尺寸与封装
-工作频段
-工作环境(温度及电压)
-接口
-发射功率
-功耗
-管脚功能
-AT命令等方面进行
3.2.2CCSA标准化进展
在行业标准方面,CCSA于2016年开始相关工作。
目前完成报批稿7项,送审稿2项,具体如下。
表3、CCSA蜂窝窄带接入标准进展情况
在CCSA蜂窝窄带接入的相关标准中,终端测试方法的标准架构基本沿用原LTE移动终端标准的架构。
在传统RF、协议、RRM保持和3GPP一致,在业务功能方面做了简化,而在互联互通方面,基于NB-IoT终端工作特点,进行了全新的考虑。
4、NB-IoT终端测试验证及后续发展
DELETENEXT84.1GCF终端测试验证现状
D.SELECT学号,姓名,性别FROMSWHERENOTEXISTSGCF已启动NB-IoT的验证和认证工作。
NB-IoT射频(RF)、无线资源管理(RRM)和协议工作组分别为WI-259、WI-258和WI-257。
与3GPP类似,GCF也将相关测试例验证工作分为优先级1和优先级2两阶段。
其中射频相关测试例需验证30条,P1有10条,P2有20条。
无线资源管理测试例有12条,P1阶段有6条,P2阶段有6条。
协议测试例要求验证73条,P1需要验证17条,P2需要验证56条。
目前仪表平台验证工作正在稳步进行中,大部分工作集中在协议和射频测试例验证。
无线资源管理部分尚未有厂商提交测试例验证。
截止到2017年4月初,根据GCF官方验证统计,各仪表厂商验证情况如下:
C.{^2008-12-01}+DATE()D.[^2008-12-01]+[1000]
表4、GCF各平台测试验证进展
15.通过VisualFoxpro的视图,不仅可以查询数据表,还可以__________数据表。
4.2NB-IoT行业测试验证发展趋势
?
str(n)+"的大写汉字为壹"NB-IoT作为LPWAN的一种重要技术,具备明显的技术和应用优势。
目前全球运营商已经意识到物联网市场的巨大潜力,并且开始积极开展业务演示和测试。
目前国内NB-IoT产业主要集中在如抄表,停车,资产追踪,交通和农业等垂直行业方面。
对于传统的通信功能(射频,协议部分),芯片企业、终端企业可以依照现有LTE的标准和测试架构进行研发和测试,属于比较完善的方案架构体系。
而在垂直行业方面,不同行业对于功耗、业务、工作环境等方面的要求不尽相同,目前面向垂直行业的测试验证体系及方案尚不够完善。
TAF协会针对产业界关注的问题“功耗”和“互联互通”,做了针对性的立项进行研究,对测试维度及测试方法进行调研与研究。
利用TAF及其成员的生态圈,面向垂直行业进行调研,收集行业的业务逻辑及应用场景;在TAF工作组会议上发挥运营商、芯片-模组-终端的产业链各方力量,从“管”和“端”两个层面充分研究“云”所需的应用场景与业务逻辑;进而将传统通信领域的功耗测试和兼容性测试向“云”、“管”、“端”协作演进,打造通信与垂直行业融合的测试方案体系。
A..T.B..F.C.0D.非0在测试解决方案方面,不同垂直行业对无线接入环境以及物理工作环境要求不一,业务逻辑和业务特征呈现明显发散态势。
单一的通信测试验证解决方案对垂直行业的参考意义有所下降。
同时,物联网技术带来垂直行业和通信业的新融和,进而催生出垂直行业对于基于业务的物联网通信终端/模组测试的新需求。
面向不同垂直行业,打造通用型的测试验证平台,成为后续检测验证的可能发展方向之一。
A、提供可靠的端—端服务,透明地传送报文5、结论
本文首先从物联网标准体系入手,介绍了NB-IoT在国际标准化组织中的来历和现状。
进而,结合国内行业特点,对国内标准化组织在NB-IoT方面的标准工作情况进行了介绍。
其次对于目前NB-IoT的终端测试验证进展和相关认证组织的工
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- NBIoT 终端 标准化 进展 测试 验证
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