一文看懂NB-IoT芯片行業的核心競爭力!

近日,工信部、國資委印發《關於開展深入推進寬帶網絡提速降費、支撐經濟高質量發展2019專項行動的通知》。其中特別提出,面向物流等移動物聯網應用,需要進一步升級NB-IoT(窄帶物聯網)網絡能力,持續完善NB-IoT網絡覆蓋。建立移動物聯網發展監測體系,促進各地NB-IoT應用和產業發展。

另外,針對NB-IoT應用案推廣,還鼓勵行業間、產業鏈各方加強合作,推動車聯網、工業互聯網等應用規模發展,以支撐智能製造。

物聯網與NB-IoT

物聯網是一項近年來快速發展的新興技術,已經在智能家居、智能表計、共享經濟、智慧城市、消費電子等領域得到廣泛應用。物聯網是互聯網的延伸和擴展,具體來說,它將各種信息傳感設備與互聯網結合起來,實現任何時間、任何地點,人、機、物的互聯互通。

物聯網通信技術指物聯網中物與物之間的通信技術(本文特指無線通信技術),以通信距離分類,可分為短距通信和廣域通信,如圖1所示。

一文看懂NB-IoT芯片行業的核心競爭力!


圖1:物聯網通信技術

NB-IoT是華為等網絡設備商以及全球各大通信運營商主導的,3GPP組織標準化的窄帶蜂窩物聯網通信技術,因其低成本、低功耗、廣覆蓋和海量連接的特點備受關注。

NB-IoT的優勢和挑戰

NB-IoT從2017年6月商用以來,發展迅速,中國三大運營商基本實現了全國覆蓋,海外也建成了60多個NB-IoT網絡。市場和應用方面,連接數已達2000萬,多個百萬級應用落地,一些應用正在衝擊千萬級,預計2019年連接數將達到一個億。與此同時,一些應用場景類似的廣域物聯網通信技術也在推廣過程中,也取得不錯的關注度,LoRa是其中之一。NB-IoT和LoRa的簡要對比如下:

1)LoRa沒有移動性,通信侷限於一片固定區域。NB-IoT從一個小區到另一個小區還能繼續通信,支持全國漫遊。

2)LoRa為外國公司私有技術,具有一定專利和政策風險。NB-IoT是華為等網絡設備商和運營商主導制定的3GPP標準,免收專利費或專利費用低。

3)大規模無線通信網絡的部署、優化和運營難度極大,尤其是用戶數達到一定規模,不同用戶業務併發和管理,不同網絡以及用戶間的干擾都面臨很多問題。LoRa需自己建網,採用未授權頻段,抗干擾能力弱,缺乏統一網絡規劃管理,通信質量無法保障,技術和標準的成熟度有待檢驗。而NB-IoT由運營商統一建好網絡,用戶只需購買終端接入(類似手機),同時,NB-IoT是3GPP 4G標準的低功耗和低成本演進,技術和標準較成熟。可以說,由經驗豐富的運營商部署和維護是NB-IoT的最大優勢。

4)終端芯片的成本和功耗與具體設計實現相關,LoRa和NB-IoT之間無確定差別。

我們認為NB-IoT最大的挑戰還是來自同宗同源的蜂窩通信技術,比如2G和4G。NB-IoT的產生源於四個需求,即低成本、低功耗、廣覆蓋、海量連接。然而, NB-IoT在發展初期,廣覆蓋和海量連接的優勢體現不出來。比如當前階段,NB-IoT網絡覆蓋顯然不及成熟的2G和4G網絡,雖然NB-IoT有覆蓋增強技術(支持MCL=164dB),但此技術以多佔用網絡(時間)資源和增加功耗為代價,適用於個別覆蓋差點,不宜給大多數用戶使用。

另外,NB-IoT支持海量連接數,但早期的用戶數還在2G和4G可支持的範圍。並且,即使NB-IoT技術上支持海量連接,但和其他所有無線通信技術一樣,還是會受到同一時刻和同一頻率,只能有一個用戶通信的限制。併發通信上,NB-IoT並無優勢。在這樣的情況下,如果NB-IoT在低成本和低功耗上,相比其他蜂窩通信無法做到明顯的優勢,用戶的使用意願就大打折扣。另外,雖說網絡覆蓋主要依靠運營商解決,但終端芯片如果能優化通信性能,也可以大幅改善用戶體驗和運營商建網成本。因此,終端芯片的成本、功耗和性能,是NB-IoT產業發展的三個核心要素。

針對性能和功耗,3GPP以及運營商給出專門的測試規範和指標,這是本文接下來的主要內容。

NB-IoT終端測試技術

與其他使用蜂窩技術的產品類似,使用NB-IoT技術的產品在商用前,需經過3GPP標準規定的一致性測試(conformance test)以及運營商的測試和認證。這套嚴格和完整的測試和認證體系,是運營商和網絡設備商從2G發展到5G,擁有幾十億用戶和連接,在技術和經驗上的集中體現,是每個入網產品的質量及用戶體驗的根本保證。

一致性測試通過一系列測試用例,檢驗被測試設備是否滿足3GPP標準規定的行為和性能要求。一致性測試分為協議一致性測試,無線資源管理(RRM)一致性測試,以及射頻(RF)一致性測試。其中,協議一致性測試檢驗是否符合協議規定的各種行為(如駐網、建鏈、重選等),無線資源管理一致性測試檢驗是否符合協議對測量、時間調整和鏈路質量監測的精度要求,射頻一致性測試檢驗是否符合協議對接收功率、靈敏度、抗干擾和性能的要求,以及發射功率、質量和頻譜的要求。

一致性測試是最基本也是最重要的測試。運營商的測試和認證,一定會包含一致性測試。另外,運營商還會根據自己的需要,加上自己定製的測試用例。以中移動NB-IoT入庫測試為例,除了一致性測試,還增加了NV-IoT,功耗、高低溫、IPV6,機卡一致性、外場、OneNET雲平臺等測試。

當然,雖然運營商測試包含一致性測試,不能認為一致性測試只是運營商測試的一個子集。運營商測試中的一致性測試,通常不會遍歷3GPP標準定義的所有測試用例。所以,建議除了運營商入庫測試,也要找第三方或自測通過所有一致性測試用例。

從測試用例上看,中移動NB-IoT終端入庫測試和中移動研究院NB-IoT GTI認證(可選項也需要測試)相互補充,二者一起形成了對NB-IoT終端芯片和產品最完備的測試。

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