關(guān)于NB-IoT基礎(chǔ)的射頻指標(biāo)分享

給大家分享一些關(guān)于NB-IoT基礎(chǔ)的射頻指標(biāo)，讓大家在評測和優(yōu)化產(chǎn)品無線性能時，少一些茫然。從前車馬慢，見一個人要翻山越嶺。如今滿世界飛，社交軟件上的網(wǎng)友甚至可以愛個遍，人類卻感覺越來越孤單。

科技的發(fā)展，并不能解決所有問題。就像NB-IoT的火爆，同樣帶來了一系列不可忽視的麻煩。

比如，用戶體驗要求越來越高，終端廠商在其產(chǎn)品無線性能的把控上反而越來越弱，能發(fā)現(xiàn)哪里體驗不好，卻因為不了解相關(guān)射頻指標(biāo)，無法定位根因，更多是依賴于模組供應(yīng)商或者天線供應(yīng)商來協(xié)助解決問題，而模組供應(yīng)商和天線供應(yīng)商大部分是專注于自身領(lǐng)域，在整體解決方案上是心有余而力不足。

NB-IoT的前行路上，機會與巨坑并存。但如果大家攜手共進，互相提醒，辣么，一起填坑也會是一種別樣的幸福。

今天，班妹就先“填”為敬，給大家分享一些關(guān)于NB-IoT基礎(chǔ)的射頻指標(biāo)，讓大家在評測和優(yōu)化產(chǎn)品無線性能時，少一些茫然。

好了，閑言少敘，直接上干貨！

01

NB-IoT模組RF規(guī)格都講了些啥

1、兩家主流的NB-IoT廠商的RF部分規(guī)格：

先與大家分享一下班妹從網(wǎng)上下載的兩家著名模組廠商的NB-IoT模組RF規(guī)格，據(jù)傳，這兩家使用的是同一款著名的NB-IoT芯片。

參考以下截圖，這兩份規(guī)格書的RF部分內(nèi)容都有點少（或者說一如既往的少），主要集中在功率和靈敏度部分；功率沒有疑問，其最大輸出功率typical值均在23dBm，但靈敏度typical值卻有較大偏差，分別為-129 dBm和-135 dBm（確定這是同款芯片設(shè)計出來的模組？）

圖1 某NB-IoT模組RF規(guī)格

圖2-1 某NB-IoT模組RF規(guī)格

圖2-2 某NB-IoT模組RF規(guī)格

2、讓人困惑的地方：

1）NB-IoT RF傳導(dǎo)靈敏度的判斷機制

對射頻通信模組規(guī)格書中羅列的RF規(guī)格而言，都屬于RF傳導(dǎo)指標(biāo)，但圖1與圖2的判斷機制讓人困惑，到底是BLER＜10%，還是當(dāng)前模式下throughput≥95%？

讓我們來參考下3GPP TS 36.521中關(guān)于NB-IoT RF傳導(dǎo)靈敏度的相關(guān)限值規(guī)定，根據(jù)3GPP規(guī)范，應(yīng)是以throughput≥95%作為判斷基準(zhǔn)。

圖3 TS 36.521關(guān)于NB-IoT傳導(dǎo)靈敏度的規(guī)定

2）關(guān)于重傳靈敏度

前一篇NB的文章《都是通信技術(shù)，NB-IoT為什么可以這么優(yōu)秀？》提到關(guān)于NB-IoT的重傳條件以及為什么會重傳：

相比傳統(tǒng)蜂窩制式，NB-IoT支持更多次數(shù)的重傳。重傳次數(shù)每翻一倍，速率就會減半，同時帶來 3dB 的增益，通俗點講就是說一遍聽不清，就多說幾遍，提高聽清的概率。

重傳機制是用來保證NB-IoT終端在極端覆蓋場景的性能，3GPP對其測試條件作了相關(guān)限定：即僅適用于3GPP TS36.101Annex E.2定義的常規(guī)狀態(tài)（normal condition），如下圖：

圖3-1 TS 36.101關(guān)于NB-IoT傳導(dǎo)重傳靈敏度測試條件的規(guī)定

圖3-2 TS 36.101關(guān)于NB-IoT傳導(dǎo)重傳靈敏度測試條件的規(guī)定

而對于重傳參考靈敏度限值，目前3GPP對此還沒有明確的要求，參考下圖：

圖4 TS 36.521關(guān)于NB-IoT傳導(dǎo)重傳靈敏度測試還未明確

參考下圖5某NB-IoT模組廠傳導(dǎo)靈敏度規(guī)格，非重傳典型靈敏度值為-114dBm，而重傳靈敏度典型值為-145dBm，其上行重傳次數(shù)選用7次，但卻沒有標(biāo)明重傳測試時關(guān)于throughput的判定要求。（關(guān)于重傳可參考《都是通信技術(shù)，NB-IoT為什么可以這么優(yōu)秀？》“更多重傳次數(shù)帶來HARQ增益（重發(fā)增益）”部分 ）

圖5 某NB-IoT模組RF規(guī)格

3、怎么對比性能、怎么選？

眾所周知，NB-IoT技術(shù)有著四大優(yōu)勢：海量連接、深度覆蓋、低功耗、低成本，而對四大優(yōu)勢而言：

1）“海量連接”的優(yōu)勢產(chǎn)生主要是因為協(xié)議優(yōu)化的窄帶技術(shù)、空口信令開銷的減少、基站側(cè)及核心網(wǎng)的優(yōu)化，不屬于終端產(chǎn)品驗證范疇；

2）所謂的低成本，主要是相較于LTE，NB-IoT的硬件部分進行了簡化，但目前絕大部分NB-IoT模組的價格仍為RMB 30+/pcs，高于GPRS模組價格。（據(jù)傳聯(lián)通300W pcs NB-IoT模組招標(biāo)中RDA方案可做到RMB30/pcs以下，這算是個好消息）；

3）低功耗特點可根據(jù)自身產(chǎn)品應(yīng)用場景特點進行測量實證；

4）但深度覆蓋覆蓋特性如何精確實證？

深度覆蓋跟非重傳傳導(dǎo)靈敏度、重傳增益相關(guān)（這里先不考慮天線因素），根據(jù)以上簡易規(guī)格書其實是無法得知（且規(guī)格書的各種描述著實差別很大），最靠譜的做法還是使用NB-IoT產(chǎn)品 PCBA去測試非重傳傳導(dǎo)靈敏度。

雖然重傳靈敏度引入了重傳增益，但目前仍無明確標(biāo)準(zhǔn)，測試配置相對復(fù)雜，且重傳靈敏度的界定標(biāo)準(zhǔn)中throughput的判定值都是TBD，NPDSCH 用于下行配置的重傳次數(shù)也是TBD，所以造成了各種NB-IoT模組的傳導(dǎo)靈敏度規(guī)格是相去甚遠(yuǎn)，相差20dBm的都有，如果需要細(xì)致了解，就要標(biāo)明準(zhǔn)確的測試配置條件，且只能做對比測試。

此外，重傳增益其實跟實際環(huán)境的關(guān)聯(lián)度非常高，而實際環(huán)境較復(fù)雜和多樣化，可能這也是目前重傳靈敏度不好做硬性規(guī)定的原因。

來看看NB-IoT芯片的RF規(guī)格

02

抱歉，班妹在網(wǎng)上找了很久的資料，也沒搜到諸如現(xiàn)今主流的Boudica 120，MDM9206，MT2625這幾顆芯片的規(guī)格書，如果哪位愿意分享的可以聯(lián)系班妹。

03

NB-IoT RF指標(biāo)到底有哪些

實在找不到芯片的介紹，班妹找時間去翻了翻3GPP，順便整理了NB-IoT RF傳導(dǎo)指標(biāo)，如下圖：

圖6-1 NB-IoT RF傳導(dǎo)指標(biāo)

圖6-2 NB-IoT RF傳導(dǎo)指標(biāo)

這些指標(biāo)都是啥意思？

04

這些指標(biāo)也不算少，但究竟是什么意思？NB-IoT的傳導(dǎo)RF指標(biāo)其實在3GPP里面被分為了如下幾大塊：

發(fā)射機部分：

1、發(fā)射功率部分（Transmit power）

發(fā)射功率部分主要考察了三部分內(nèi)容：最大輸出功率、最大功率回退以及可配置的發(fā)射功率。

最大輸出功率驗證相對好理解，即為了確保終端的最大輸出功率不超出由標(biāo)稱功率和容差規(guī)定的范圍，以免干擾到其他信道或者其他系統(tǒng)，或者太小影響信號覆蓋范圍；

對功率回退，驗證的就是在不同調(diào)制/信道帶寬下終端的最大功率回退（降低、減?。?，確保終端在不同的tone分配時功率回退不能過大（功率減少過大），使終端在不同調(diào)制/信道帶寬下具備較合適的功率。

而可配置的發(fā)射功率，是對終端可配置的最大功率作了限定，要求其小于終端功率等級最大值，以及最大上行輸出功率，即終端可配置的最大功率要小于兩者的最小值。

2、動態(tài)功率輸出部分（Output power dynamics）

主要考察最小輸出功率和發(fā)射關(guān)斷功率。

對最小輸出功率，是與最大輸出功率相對應(yīng)的，設(shè)置這兩者限值目的是，在最大輸出功率下確保不損害發(fā)射機線性度（不干擾其他信道或系統(tǒng)），最小輸出功率下保證輸出信號信噪比（保證此時的底噪不會淹沒有用信號），實現(xiàn)信號有效傳輸。

對發(fā)射機關(guān)斷功率，指的是發(fā)射機關(guān)閉時的平均功率（并非指終端斷電）。終端不允許發(fā)射，或處于不發(fā)射子幀的周期時，發(fā)射機被認(rèn)為是關(guān)閉狀態(tài)，關(guān)斷功率設(shè)置限值，更多的是為了限制該狀態(tài)下的功率，不能過高，導(dǎo)致功耗過大。

3、開關(guān)時間模板 （On/off time mask）

分為通用開關(guān)時間模板和NPRACH時間模板。

對開關(guān)時間模板，主要考察的是終端在發(fā)射關(guān)斷和打開的上升沿/下降沿時間段的輸出功率，以保證正確的功率輸出；發(fā)送錯誤的功率會干擾其它信道或者增加上行信道傳輸誤差。

對NPRACH時間模板，主要考察的是終端在NPRACH的發(fā)射關(guān)斷和開啟切換時的上升時間與下降時間段的功率輸出,保證正確的功率輸出。

4、功率控制 （Power control）

分為絕對、相對及總功控容限。

對絕對功控容限，考察的是終端在一個連續(xù)發(fā)射開始時，或者在一個發(fā)射時間間隔≥20ms的非連續(xù)發(fā)射開始時，發(fā)射機將其初始輸出功率設(shè)置為特定值的能力。

對相對功控容限，考察的是終端根據(jù)目標(biāo)子幀功率改變其最大發(fā)射功率的能力，該目標(biāo)子幀功率是相比最近一次發(fā)射參考子幀的功率，并且這些子幀傳輸間隔≤20ms。

對總功控容限，考察的是終端在不改變功率控制參數(shù)情況下，非連續(xù)發(fā)射過程中維持其輸出功率的能力（相對于首次發(fā)射功率）。

5、頻率誤差 （Frequency error）

不解釋了

6、發(fā)射調(diào)制 （Transmit modulation）

主要分為EVM，載波泄露，以及非分配資源塊的帶內(nèi)輻射，考察終端發(fā)射機的信號調(diào)制情況。

EVM主要考察實際調(diào)制波形與理想波形的差別，在考察EVM時，所有的NPRACH模式都與QPSK調(diào)制方式的EVM要求相同。

載波泄露，考察的是由交調(diào)或直流偏差引起的干擾，它是與載波同頻的非調(diào)制正弦波，一種近似固定幅度的干擾，和有用信號的幅度無關(guān)；載波泄漏會干擾終端的中心子載波，特別是當(dāng)它們的幅度小時。

而非分配資源塊帶內(nèi)輻射考察的是落入未分配RB的干擾情況，實際的計算方式為未分配Tone中的終端輸出功率與所分配Tone中的終端輸出功率的比值。

7、輸出頻譜（Output RF spectrum emissions）

主要分為占用帶寬、頻譜發(fā)射模板及鄰道泄露功率比。

其中鄰道泄露功率比主要考察的是終端發(fā)射機對相鄰信道造成的干擾情況，而占用帶寬主要考察終端在所支持的帶寬配置下的帶寬占用情況，頻譜發(fā)射模板則主要考察終端在帶寬配置下功率分布情況。

8、雜散發(fā)射（Spurious emissions）

分為雜散輻射以及雜散輻射共存。

雜散輻射主要驗證終端發(fā)射機對相鄰信道或系統(tǒng)造成的干擾情況，而雜散輻射共存主要驗證終端發(fā)射機對共存系統(tǒng)中指定的頻段造成的干擾情況。

9、發(fā)射機互調(diào) （Transmit intermodulation）

發(fā)射互調(diào)性能主要驗證終端發(fā)射機限制非線性信號生成的能力，這些非線性信號主要是由非目標(biāo)信號和干擾信號落入終端發(fā)射機天線導(dǎo)致。

接收機部分：

1、參考靈敏度（Reference sensitivity level）

參考篇首相關(guān)解釋

2、最大輸入電平 （Maximum input level）

與參考靈敏度相對應(yīng)，主要驗證在給終端輸入多強的信號電平時，仍能在滿足throughput條件下較準(zhǔn)確的接收信號（可以旁人使用多大聲音及多小的聲音仍能聽清說話的內(nèi)容類比，最大輸入電平就是指的說話最大聲時，而參考靈敏度指的最小聲時）

3、相鄰信道選擇 （ACS）

鄰信道選擇性主要驗證終端在理想傳播和無附加噪聲的條件下，當(dāng)相鄰信道存在偏離指定信道（終端使用的信道）中心頻率的信號傳輸時，終端在能滿足吞吐量要求，工作在指定參考測量信道時接收數(shù)據(jù)的能力。其考察的場景是當(dāng)終端所使用信道的鄰近信道存在其他發(fā)射機信號傳輸時，對此時終端接收數(shù)據(jù)能力的考量。（真繞口，截下原文，以免誤導(dǎo)）

而ACS在硬件設(shè)計上的體現(xiàn)實際是指定信道頻率上的接收濾波器衰減與相鄰信道上接收濾波器衰減的比率。

圖7 ACS的定義

4、阻塞特性 （Blocking characteristic）

分為帶內(nèi)阻塞和帶外阻塞。

帶內(nèi)阻塞主要驗證終端的帶內(nèi)阻塞能力，即當(dāng)某個干擾信號落在終端接收頻帶內(nèi)或者終端接收頻帶±15MHz帶寬范圍內(nèi)時，對終端的數(shù)據(jù)接收能力的評估。（其吞吐量是否能達到指定測量信道的吞吐量需求）。其考察的場景是當(dāng)終端工作的接收頻帶或接收頻帶±15MHz帶寬范圍內(nèi)存在其他發(fā)射機信號時，對此時終端接收數(shù)據(jù)能力的考量。

而帶外阻塞主要驗證終端的帶外阻塞能力，即當(dāng)某個干擾信號落在終端接收頻帶±15MHz帶寬范圍外時，對終端的數(shù)據(jù)接收能力的評估。（其吞吐量是否能達到指定測量信道的吞吐量需求）。其考察的場景是當(dāng)終端工作的接收頻帶±15MHz帶寬范圍外存在其他發(fā)射機信號時，對此時終端接收數(shù)據(jù)能力的考量。

5、雜散響應(yīng) （Spuriousresponse）

雜散響應(yīng)主要驗證在施加CW（連續(xù)波）干擾信號（帶外阻塞規(guī)定的頻率之外的帶外頻率）導(dǎo)致的接收性能下降在不超過特定值的情況下，接收機在其指定信道頻率上接收期望信號的能力。

圖8 雜散響應(yīng)

所以，帶內(nèi)阻塞、帶外阻塞、雜散響應(yīng)分別衡量的是不同的頻率范圍內(nèi)存在干擾信號時，終端在其指定信道頻率上接收期望信號的能力。

6、寬帶互調(diào)（Intermodulation characteristic）

寬帶互調(diào)主要驗證的是，在理想傳播和無附加噪聲的場景下，同時存在2個或更多與期望信號擁有指定頻率關(guān)系的干擾信號時，終端在特定參考測量信道接收數(shù)據(jù)的能力（throughput能否滿足要求）。

05

小結(jié)

在設(shè)計NB-IoT產(chǎn)品時還是需要多了解相應(yīng)的RF規(guī)格，而不能只看所謂的規(guī)格書，更應(yīng)多進行相應(yīng)的驗證測試。

本文只列舉了具體的RF傳導(dǎo)測試項目，因為篇幅關(guān)系，并未將其判定標(biāo)準(zhǔn)列出，具體可以查詢3GPP規(guī)范（3GPP規(guī)范為公開文檔，可通過篇尾鏈接進行下載并查閱。）