1、引言

自“智慧地球”提出以來，物聯(lián)網(wǎng)的概念迅速在全球范圍內(nèi)被認(rèn)可，成為新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的核心驅(qū)動力之一。物聯(lián)網(wǎng)不僅僅是簡單的海量物體接入，更是辦公，交通，醫(yī)療，娛樂等多種垂直行業(yè)價值鏈等資源要素的高度融和。據(jù)Gartner的2016年報告預(yù)測，到2020年全球聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量將達(dá)到260億臺，其中物聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備達(dá)到160億臺，其市場規(guī)模將達(dá)到1.9萬億美元。而其中低流量，低功耗，低成本的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將占據(jù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備總量的90%左右。2015年，全球通信產(chǎn)業(yè)對于低功耗廣域覆蓋（LPWA：Low Power Wide Area）的物聯(lián)網(wǎng)場景達(dá)成共識，3GPP也正式啟動NB-IoT的相關(guān)研究工作。

2、3GPP物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化概述

在NB-IoT提出之前，業(yè)界已經(jīng)啟動了機(jī)器類通信的研究。而在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，低功耗，廣覆蓋，低成本，低速率的LPWAN技術(shù)將涵蓋大部分物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)模型。因此面向LPWAN場景下的物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)成為蜂窩及非蜂窩物聯(lián)通信重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。

在國際標(biāo)準(zhǔn)方面，3GPP一直努力推動相關(guān)機(jī)器類通信（MTC）技術(shù)的發(fā)展，且主要集中在兩個方向上，如圖1所示。

圖1、3GPP Rel-13中IoT相關(guān)項(xiàng)目關(guān)系簡圖

一方面，在LTE及LTE-A演進(jìn)階段，3GPP定義了許多不同的終端類型，從而適應(yīng)不同場景不同業(yè)務(wù)下的物聯(lián)網(wǎng)終端需求。在Rel-8版本中，從速率的角度定義了Category1~5的終端類型。在之后的版本演進(jìn)中，不僅制定了支持高帶寬，高速率的Category6，Category9等終端類型，同時也定義了更低成本，支持更低功耗的Category0終端類型。但考慮到Category0技術(shù)需要對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造，升級成本與終端收益并不高，因此其被普遍商用的可能性不高，更多被認(rèn)為是一種過渡。因此3GPP于2014年成立Cat.M工作組。目前Cat.M核心標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)凍結(jié)。

另一方面3GPP基于窄帶傳輸?shù)乃悸罚懻撈溲葸M(jìn)和全新接入技術(shù)的研究。長期以來，運(yùn)營商的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)主要依靠成本低廉的GPRS模塊提供物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間通信需求。但近幾年由于LoRa，Sigfox等基于非蜂窩的新型物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，對于GPRS模塊在成本，功耗和覆蓋等方面有較大沖擊。因此3GPP在GERAN #62會議上成立新的SI，希望可以支持更低成本，更低功耗，更強(qiáng)覆蓋等特性。而NB-IoT正是基于第二種思路提出的一種新的傳輸方案。在時延不敏感，移動性需求不高的LPWAN場景下，NB-IoT技術(shù)在續(xù)航、覆蓋方面的技術(shù)優(yōu)勢，無疑更得到各方關(guān)注。

3、NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)化情況

3.1 國際標(biāo)準(zhǔn)化情況

2014年，3GPP在GERAN組“FS-IoT_LC”的SI項(xiàng)目中在初始階段主要由3項(xiàng)技術(shù)被提出。分別是擴(kuò)展覆蓋GSM技術(shù)EC-GSM，由華為，高通主導(dǎo)的NB-CIoT，以及由愛立信，中興主導(dǎo)的NB-LTE。

CIoT作為GERAN#62次會議立項(xiàng)的SI課題，主要針對蜂窩網(wǎng)絡(luò)對面向物聯(lián)網(wǎng)終端的技術(shù)演進(jìn)。該立項(xiàng)課題得到華為、諾基亞、沃達(dá)豐、中國移動、Orange和Telecom Italy等公司支持。其主要研究目標(biāo)有：

· 增強(qiáng)覆蓋（相比傳統(tǒng)GPRS覆蓋增強(qiáng)20dB，MCL目標(biāo)要求164dBm）
· 支持大量低速率終端設(shè)備接入
· 低成本設(shè)備
· 低功耗（電池壽命達(dá)10年）
· 支持上下行傳輸
· 盡量小的網(wǎng)絡(luò)改動

該SI工作中，啟動窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)研究，并最終形成了基于GSM的技術(shù)演進(jìn)和全新的技術(shù)方案研究報告TR45.820。主要提及3項(xiàng)技術(shù)，分別為：擴(kuò)展覆蓋GSM技術(shù)EC-GSM，由華為，高通主導(dǎo)的NB-CIoT，以及由愛立信，中興主導(dǎo)的NB-LTE。NB-CIoT提出了全新的空口技術(shù)，相對于現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)上改動較大。網(wǎng)絡(luò)升級的代價帶來NB-CIoT性能上的提高，可以全部滿足TSG GERAN會議所提出的5項(xiàng)性能目標(biāo)（提升室內(nèi)覆蓋，支持大規(guī)模設(shè)備連接，減小設(shè)備復(fù)雜度，減小功耗和時延）。而另一方面NB-LTE技術(shù)與NB-CIoT定位相似但更傾向于對兼容現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)，在部署上更簡單。因此，在RAN#69次會議上，經(jīng)過激烈討論，各方最終達(dá)成一致，將NB-CIoT和NB-LTE兩個技術(shù)方案進(jìn)行融和形成NB-IoT，作為RAN工作組基于LTE的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)方案，正式進(jìn)行立項(xiàng)。對NB-IoT的能力提出具體的指標(biāo)要求：

· 深度覆蓋，NB-IoT比現(xiàn)有GPRS網(wǎng)絡(luò)提升20dB；
· 支持單用戶上下行至少160bps，覆蓋面積擴(kuò)大100倍；
· 具備支撐海量連接能力，一個NB-IoT扇區(qū)可支持5萬個連接；
· 更低功耗，5Wh的電池可供終端使用10年；
· 時延上更靈活，對某些應(yīng)用，上行的時延可放寬到10s。

考慮到未來GSM退網(wǎng)，以及頻譜資源等因素，EC-GSM方案作為Rel-13的GSM技術(shù)演進(jìn)方案，EC-GSM技術(shù)僅會在某些特殊場景，如無法建設(shè)NB-IoT等場景中采用。

圖2、NB-IoT技術(shù)演進(jìn)路線

NB-IoT的標(biāo)準(zhǔn)提主要可分為Core Part（核心部分），性能標(biāo)準(zhǔn)及一致性測試標(biāo)準(zhǔn)等。其中核心部分標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的是協(xié)議的具體內(nèi)容，包括信令協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)接入等，主要與開發(fā)相關(guān)。性能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各子技術(shù)領(lǐng)域的性能，同測試相關(guān)。一致性測試標(biāo)準(zhǔn)，是射頻、協(xié)議、RRM的測試標(biāo)準(zhǔn)。目前NB-IoT的Rel-13版本核心標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)凍結(jié)。

一致性測試標(biāo)準(zhǔn)是有3GPP RAN5工作組制定，RAN5的終端一致性測試子工作組（NB_IoT-UEConTest）根據(jù)運(yùn)營商和終端廠商溝通情況，將相關(guān)測試?yán)齼?yōu)先級分為兩個階段，即Phase1和Phase2。目前Phase 1僅遺留少部分工作尚未完成，Phase 2也的工作也在持續(xù)推進(jìn)。具體參照表1。

表1、RAN5工作組進(jìn)度圖

在2016年6月RAN#72次會議上，由Vodafone, Huawei, HI Silicon, Ericsson和Qualcomm聯(lián)合提出了新的WI，即Enhancements of NB-IoT（Rel-14版本）。Rel-14版本的NB-IoT是對Rel-13版本的增強(qiáng)，同時保持現(xiàn)有NB-IoT的低成本、低復(fù)雜度、容量和覆蓋能力。

Rel-14版本的NB-IoT的增強(qiáng)功能包括：

· 定位：改進(jìn)Rel-13版本不支持定位的缺點(diǎn)
· 移動性增強(qiáng)：改進(jìn)Rel-13版本的弱移動性缺點(diǎn)
· 組播：用于UE（嵌入式芯片ROM）軟件升級、消息群發(fā)等
· 新功率等級：MCL能適當(dāng)放寬前提下，使用更低功率級別（14dBm）

3.2 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化情況

國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)市場潛力巨大，但當(dāng)前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺乏統(tǒng)一，造成了物聯(lián)網(wǎng)市場嚴(yán)重的碎片化，需要盡快展開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。一方面滿足物聯(lián)網(wǎng)市場發(fā)展要求，協(xié)助運(yùn)營商轉(zhuǎn)型。另一方面，也能進(jìn)一步推動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展。目前國內(nèi)主要有中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（CCSA）和電信終端產(chǎn)業(yè)協(xié)會（TAF）在進(jìn)行NB-IoT及物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。其中中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會依托3GPP的現(xiàn)有框架，對面向物聯(lián)網(wǎng)的蜂窩窄帶接入的技術(shù)方法，測試方法等開展工作。電信終端產(chǎn)業(yè)協(xié)會則以行業(yè)為依托，以通信與垂直行業(yè)融和為基礎(chǔ)，完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系及內(nèi)容。

3.2.1 國內(nèi)行業(yè)進(jìn)展

電信終端產(chǎn)業(yè)協(xié)會，于2017年開始蜂窩窄帶物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作。考慮到產(chǎn)業(yè)鏈中物聯(lián)網(wǎng)模塊企業(yè)眾多，物聯(lián)網(wǎng)模塊形態(tài)各異，各廠家采用指令集亦不相同等情況，TAF在國內(nèi)首個完成物聯(lián)網(wǎng)模塊協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)。目前TAF協(xié)會具體工作進(jìn)展如下：

表2、TAF蜂窩窄帶接入標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展情況

在TAF蜂窩窄帶物聯(lián)網(wǎng)模組的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，全面參考和綜合來自各芯片、模組、終端、行業(yè)應(yīng)用提供商及運(yùn)營商意見，對NB-IoT模組進(jìn)行相關(guān)定義，完成了NB-IoT模組標(biāo)準(zhǔn)的第一階段。隨著技術(shù)的發(fā)展，后面會更有針對性的制定第二階段的標(biāo)準(zhǔn)。面向窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）模組系列規(guī)范主要涉及如下相關(guān)內(nèi)容：

- 外形尺寸與封裝
- 工作頻段
- 工作環(huán)境（溫度及電壓）
- 接口
- 發(fā)射功率
- 功耗
- 管腳功能
- AT命令等方面進(jìn)行

3.2.2 CCSA標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面，CCSA于2016年開始相關(guān)工作。目前完成報批稿7項(xiàng)，送審稿2項(xiàng)，具體如下。

表3、CCSA蜂窩窄帶接入標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展情況

在CCSA蜂窩窄帶接入的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，終端測試方法的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)基本沿用原LTE移動終端標(biāo)準(zhǔn)的架構(gòu)。在傳統(tǒng)RF、協(xié)議、RRM保持和3GPP一致，在業(yè)務(wù)功能方面做了簡化，而在互聯(lián)互通方面，基于NB-IoT終端工作特點(diǎn)，進(jìn)行了全新的考慮。

4、NB-IoT終端測試驗(yàn)證及后續(xù)發(fā)展

4.1 GCF終端測試驗(yàn)證現(xiàn)狀

GCF已啟動NB-IoT的驗(yàn)證和認(rèn)證工作。NB-IoT射頻（RF）、無線資源管理（RRM）和協(xié)議工作組分別為WI-259、WI-258和WI-257。與3GPP類似，GCF也將相關(guān)測試?yán)?yàn)證工作分為優(yōu)先級1和優(yōu)先級2兩階段。其中射頻相關(guān)測試?yán)栩?yàn)證30條，P1有10條，P2有20條。無線資源管理測試?yán)?2條，P1階段有6條，P2階段有6條。協(xié)議測試?yán)篁?yàn)證73條，P1需要驗(yàn)證17條，P2需要驗(yàn)證56條。目前儀表平臺驗(yàn)證工作正在穩(wěn)步進(jìn)行中，大部分工作集中在協(xié)議和射頻測試例驗(yàn)證。無線資源管理部分尚未有廠商提交測試?yán)?yàn)證。截止到2017年4月初，根據(jù)GCF官方驗(yàn)證統(tǒng)計，各儀表廠商驗(yàn)證情況如下：

表4、GCF各平臺測試驗(yàn)證進(jìn)展

4.2 NB-IoT行業(yè)測試驗(yàn)證發(fā)展趨勢

NB-IoT作為LPWAN的一種重要技術(shù)，具備明顯的技術(shù)和應(yīng)用優(yōu)勢。目前全球運(yùn)營商已經(jīng)意識到物聯(lián)網(wǎng)市場的巨大潛力，并且開始積極開展業(yè)務(wù)演示和測試。目前國內(nèi)NB-IoT產(chǎn)業(yè)主要集中在如抄表，停車，資產(chǎn)追蹤，交通和農(nóng)業(yè)等垂直行業(yè)方面。對于傳統(tǒng)的通信功能（射頻，協(xié)議部分），芯片企業(yè)、終端企業(yè)可以依照現(xiàn)有LTE的標(biāo)準(zhǔn)和測試架構(gòu)進(jìn)行研發(fā)和測試，屬于比較完善的方案架構(gòu)體系。而在垂直行業(yè)方面，不同行業(yè)對于功耗、業(yè)務(wù)、工作環(huán)境等方面的要求不盡相同，目前面向垂直行業(yè)的測試驗(yàn)證體系及方案尚不夠完善。

TAF協(xié)會針對產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的問題“功耗”和“互聯(lián)互通”，做了針對性的立項(xiàng)進(jìn)行研究，對測試維度及測試方法進(jìn)行調(diào)研與研究。利用TAF及其成員的生態(tài)圈，面向垂直行業(yè)進(jìn)行調(diào)研，收集行業(yè)的業(yè)務(wù)邏輯及應(yīng)用場景；在TAF工作組會議上發(fā)揮運(yùn)營商、芯片－模組－終端的產(chǎn)業(yè)鏈各方力量，從“管”和“端”兩個層面充分研究“云”所需的應(yīng)用場景與業(yè)務(wù)邏輯；進(jìn)而將傳統(tǒng)通信領(lǐng)域的功耗測試和兼容性測試向“云”、“管”、“端”協(xié)作演進(jìn)，打造通信與垂直行業(yè)融合的測試方案體系。

在測試解決方案方面，不同垂直行業(yè)對無線接入環(huán)境以及物理工作環(huán)境要求不一，業(yè)務(wù)邏輯和業(yè)務(wù)特征呈現(xiàn)明顯發(fā)散態(tài)勢。單一的通信測試驗(yàn)證解決方案對垂直行業(yè)的參考意義有所下降。同時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶來垂直行業(yè)和通信業(yè)的新融和，進(jìn)而催生出垂直行業(yè)對于基于業(yè)務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)通信終端/模組測試的新需求。面向不同垂直行業(yè)，打造通用型的測試驗(yàn)證平臺，成為后續(xù)檢測驗(yàn)證的可能發(fā)展方向之一。

5、結(jié)論

本文首先從物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系入手，介紹了NB-IoT在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織中的來歷和現(xiàn)狀。進(jìn)而，結(jié)合國內(nèi)行業(yè)特點(diǎn)，對國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化組織在NB-IoT方面的標(biāo)準(zhǔn)工作情況進(jìn)行了介紹。其次對于目前NB-IoT的終端測試驗(yàn)證進(jìn)展和相關(guān)認(rèn)證組織的工作情況進(jìn)行了簡單梳理。最后對于NB-IoT相關(guān)測試驗(yàn)證發(fā)展趨勢給出了一些建議。

作者：中國信息通信研究院泰爾終端實(shí)驗(yàn)室 蘇賡、劉笛、果敢

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