當IoT遇到無(wú)線(xiàn)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò )測試迎來(lái)全新挑戰

物聯(lián)網(wǎng)是整個(gè)人類(lèi)最龐大的系統工程，這個(gè)龐大的系統工程建立在諸多先進(jìn)科技之上，諸如數據計算、無(wú)線(xiàn)連接、智能傳感等。作為聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵一環(huán)，無(wú)線(xiàn)連接是物物互聯(lián)的橋梁，因此諸多無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)的突破保障了物聯(lián)網(wǎng)的大規模應用。

物聯(lián)網(wǎng)倡導萬(wàn)物互聯(lián)，相比于有線(xiàn)技術(shù)的束縛，無(wú)線(xiàn)技術(shù)在諸多應用場(chǎng)景中具有非常明顯的優(yōu)勢。在智能工業(yè)、智能農業(yè)、智能交通、智能電網(wǎng)、智能家居、智能城市、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)信息化應用，機器類(lèi)通信對無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的基本需求集中在巨量終端接入、超低時(shí)延，高效連接，低成本、低功耗，超可靠，全地域覆蓋幾個(gè)方面。物聯(lián)網(wǎng)應用涉及的連接技術(shù)要求最重要的幾點(diǎn)就是：低功耗以確保續航能力高、高速率以實(shí)現更高性能的智能化應用，低時(shí)延以確保接近實(shí)時(shí)性的數據傳輸，高連接密度以確保龐大的終端設備可以隨時(shí)接入網(wǎng)絡(luò )。對物聯(lián)網(wǎng)系統開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，選擇最適合你的接入技術(shù)能夠確保系統更高效可靠的運行，與此同時(shí)，你必須掌握各種無(wú)線(xiàn)技術(shù)組網(wǎng)面對物聯(lián)網(wǎng)應用的測試關(guān)鍵技術(shù)指標。

物聯(lián)網(wǎng)是無(wú)線(xiàn)技術(shù)百花齊放的舞臺

5G關(guān)鍵性能指標包括用戶(hù)體驗速率、連接數密度、端到端時(shí)延、流量密度、移動(dòng)性和用戶(hù)峰值速率。5G需要具備比4G更高的數據傳輸性能，特別是用戶(hù)體驗速率、時(shí)延和連接數密度為5G最基本的三個(gè)性能指標，這三個(gè)性能指標與其說(shuō)是為了智能手機用戶(hù)而設，不如說(shuō)是為了物聯(lián)網(wǎng)量身定做的技術(shù)要求。eMBB（3D或超高清視頻等大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)）、mMTC（大規模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)） 和 URLLC（如無(wú)人駕駛、工業(yè)自動(dòng)化等需要低時(shí)延高可靠連接的業(yè)務(wù)）是3GPP定義的5G三大場(chǎng)景。而無(wú)人駕駛和工業(yè)自動(dòng)化也就是普遍意義上的物聯(lián)網(wǎng)，因此可以說(shuō)，5G就是物聯(lián)網(wǎng)一直等候的廣域無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)。

相比于高速的5G系統，NB-IoT從名稱(chēng)上就能清楚其專(zhuān)為服務(wù)IoT應用開(kāi)發(fā)，NB-IoT聚焦于低功耗廣覆蓋（LPWA）物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，可采取帶內、保護帶或獨立載波三種部署方式，與現有網(wǎng)絡(luò )共存。因為NB-IoT自身具備的低功耗、廣覆蓋、低成本、大容量等優(yōu)勢，使其可以廣泛應用于多種垂直行業(yè)，如遠程抄表、資產(chǎn)跟蹤、智能停車(chē)、智慧農業(yè)等。

除了上述兩種炙手可熱的標準，LoRa是近年來(lái)IoT應用備受關(guān)注的無(wú)線(xiàn)新技術(shù)，LoRa作為非授權頻譜的一種LPWAN無(wú)線(xiàn)技術(shù)，主要面向物聯(lián)網(wǎng)應用，其接收靈敏度可達-148 dBm，LoRa功耗極低，一節五號電池理論上可供終端設備工作10年以上。同時(shí)，LoRa使用線(xiàn)性調頻擴頻調制技術(shù)，即可保持像頻移鍵控（FSK，Frequency Shift Keying）調制相同的低功耗特性，又明顯增加了通信距離，提高了網(wǎng)絡(luò )效率并消除了干擾，因此在此基礎上研發(fā)的集中器/網(wǎng)關(guān)能夠并行接收并處理多個(gè)節點(diǎn)的數據，大大擴展了系統容量。2018年阿里和騰訊先后建立了各自的LoRa商用網(wǎng)絡(luò )將這一標準推向物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)的風(fēng)口浪尖。

除了上述三種新技術(shù)之外，傳統的WiFi、藍牙和NFC、ZigBee（Thread）等無(wú)線(xiàn)技術(shù)和2G/3G/4G等通信協(xié)議都將成為物聯(lián)網(wǎng)世界中萬(wàn)物互聯(lián)的橋梁之一，圖1羅列了在物聯(lián)網(wǎng)應用中可能選擇的各種無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)，僅供各位參考！

圖1 物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統中各種無(wú)線(xiàn)技術(shù)應用場(chǎng)景集合

物聯(lián)網(wǎng)為無(wú)線(xiàn)測試提出全新挑戰

測試是保障系統傳輸性能和可靠性的關(guān)鍵環(huán)節，不同的無(wú)線(xiàn)標準需要不同的測試解決方案，在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的部署當中，測試儀器對于網(wǎng)絡(luò )性能的驗證至關(guān)重要，而面向不同的測試網(wǎng)絡(luò )，需要選擇最合適的測試儀器和系統完成相應的測試任務(wù)。

從NB-IoT產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，終端的發(fā)展與系統設備的發(fā)展是相輔相成的。測試企業(yè)需要提供完整的測試解決方案，覆蓋射頻、協(xié)議、數據測試等方面，并應用到芯片研發(fā)、生產(chǎn)、認證和服務(wù)等各個(gè)階段。羅德與施瓦茨（R&S）公司（展位號：4585）的NB-IoT測試方案由矢量信號發(fā)生器SMW200A和信號與頻譜分析儀FSW組成，R&S FSW/FSV/FSVA/FPS可方便靈活地完成NB-IoT的發(fā)射機測試，測試項完全符合3GPP標準要求。R&S SMW200A可通過(guò)單臺儀表完成NB-IoT的接收機測試，尤其是針對鄰道選擇性、阻塞、動(dòng)態(tài)范圍等指標的測試，不需要另外的信號源。針對NB-IoT終端芯片研發(fā)階段的射頻測試，可采用FSW和SMW200A方案，方便研發(fā)人員進(jìn)行芯片算法分析驗證和射頻性能調試。利用R&S SMBV100B，可以生成NB-IoT/LTE-M 的各種信號，便于進(jìn)行深度分析（如圖2）。R&S無(wú)線(xiàn)綜測儀CMW500對于NB-IoT同時(shí)提供信令和非信令兩種測試方案，涵蓋了3GPP規范的各個(gè)測試項目?；贑MW500，R&S開(kāi)發(fā)了CMWRun軟件來(lái)進(jìn)行NB-IoT的自動(dòng)化測試，幫助研發(fā)和測試工程師提高測試效率。針對外場(chǎng)的基站維護，R&S也提供了專(zhuān)業(yè)的測試方案，手持式頻譜分析儀FSH可以對各種蜂窩信號進(jìn)行解調，并且具備干擾查找和地圖定位功能；天饋線(xiàn)測試儀ZVH可用于天饋線(xiàn)故障定位、器件測試等需求。

圖2 借助R&S SMBV100B生成各種信號示意

在LoRa網(wǎng)絡(luò )中sub-GHz設備頻段因采用特殊的擴頻調制方式，通信距離有了較多改善，不過(guò)該制式為Semtech公司專(zhuān)利技術(shù)，測試時(shí)都是采用Semtech公司提供的波形文件，所以必須使用高端矢量信號源才能夠進(jìn)行測試以至于測試成本更高。針對此情況，是德科技（Keysight 展位號4579）提供了廣泛的LoRa測試解決方案，包括用于接收機測試的信號生成和用于發(fā)射機測試的信號分析，以便滿(mǎn)足 LoRa 技術(shù)不斷發(fā)展的測試要求。用于物聯(lián)網(wǎng)的 Keysight N7610C Signal Studio 軟件能夠用各種參數靈活地生成 LoRa 波形。這些參數均可通過(guò)直觀(guān)的圖形用戶(hù)界面輕松設置，以在研發(fā)和生產(chǎn)中進(jìn)行接收機和元器件測試。N7610專(zhuān)門(mén)針對IOT的信號波形工作室，可以產(chǎn)生高斯白噪聲，加入頻率誤差，采樣率誤差等近性DUT的抗擾度測試，當需要進(jìn)行blocking或者抗干擾測試需要用到多臺信號源。另一方面，是德科技還為基于LoRa技術(shù)的裝置，提供專(zhuān)用的信號產(chǎn)生和分析工具，包括Keysight X系列信號分析儀與信號產(chǎn)生器（比如針對收發(fā)端不同選擇N5182B MXG或N9020B MXA）、E6640A EXM無(wú)線(xiàn)測試儀、以及89600 VSA軟件。特別的，是德科技還提供了更為強大的基于N9063C Analog Demod X-App 的LoRa CSS Demod幫助開(kāi)發(fā)者更好的測試LoRa系統方案。

除了Lora測試方案之外，是德科技推出全新的物聯(lián)網(wǎng)功能測試解決方案X8711A，為使用 BLE4.2 和 WLAN b/g/n的物聯(lián)網(wǎng)設備提供經(jīng)濟高效的OTA信令測試。這一獨特的解決方案能夠與生產(chǎn)版本的軟件結合使用，在物聯(lián)網(wǎng)設備正常工作時(shí)，測量其重要的射頻性能指標。這樣生產(chǎn)商無(wú)需使用復雜或昂貴的測試系統，便可以對設備進(jìn)行充分測試，檢查其制造缺陷，包括元器件缺失或出錯和焊接問(wèn)題等。

圖3 是德科技的LoRa測試解決方案

與競爭對手類(lèi)似，泰克科技（展位號：4584）提供的物聯(lián)網(wǎng)標準與協(xié)議測試完整方案，能夠為無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的定義和復雜的模塊選擇直到產(chǎn)品符合最新標準合規進(jìn)行認證，在產(chǎn)品設計的整個(gè)過(guò)程中提供指導和幫助。比如泰克發(fā)布的LoRa測試解決方案，型號為L(cháng)OR-4136，采用Semtech 的LoRa 技術(shù)，以泰克公司矢量信號源及實(shí)時(shí)頻譜分析儀為核心，開(kāi)發(fā)了全套物理層綜合測試方案，以應對物聯(lián)網(wǎng)應用中 LoRa 系統的設計驗證需求。該解決方案運用優(yōu)秀的軟硬件架構設計，全面覆蓋基于LoRa技術(shù)的器件、模塊或設備從研發(fā)、生產(chǎn)直到最終認證測試的全產(chǎn)品生命周期的測試需求，提供了一站式專(zhuān)用工具。Lora標準之外，泰克還幫助客戶(hù)提供從藍牙到WLAN，從射頻設計到調試以及EMI和EMC等一系列物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)相關(guān)的測試解決方案，泰克的方案包含了通過(guò)各種領(lǐng)先的示波器產(chǎn)品以及SignalVu-PC軟件配合TTR500 矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀等專(zhuān)門(mén)為物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化的軟硬件產(chǎn)品。

圖4 泰克物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)測試產(chǎn)品匯總

除了上述三家的物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)技術(shù)解決方案之外，在2019年上海慕尼黑電子展期間，還有更多家測試儀器帶著(zhù)他們的先進(jìn)測試儀器和系統級解決方案滿(mǎn)足大家的物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)測試的需求。與此同時(shí)，在本次展會(huì )的現場(chǎng)，還有更多的面向物聯(lián)網(wǎng)的系統及相關(guān)器件的測試儀器設備將與您進(jìn)行零距離的接觸。如果想了解最新最詳細的物聯(lián)網(wǎng)測試系統解決方案，您不妨到我們的展會(huì )現場(chǎng)好好找一找，一定不虛此行！