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江苏十一选5走势图:NB-IoT 的低功耗分析,我们是怎么做的

2017-10-17 06:30 来源:是德科技 编辑:电源网

江苏十一选五投注 www.c8sg6.cn 人与人之间的通讯规模已近天花板,物与物(IoT)的则刚刚进入增长快车道。随着可穿戴、车联网、智能手表等新兴市场的开启,工业4.0、智慧城市、智慧农业等理念照进现实,万物互联的时代正加速到来。预计未来全球物联网连接数将是千亿级的时代。

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目前已经出现了大量物与物的联接,然而这些联接大多通过ZigBee、蓝牙、Wi-Fi等短距通信技术承载,并没有统一的物联网标准。以传统运营商为主导的NB-IoT凭借覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点,受到业界的极大关注。

NB-IoT覆盖更广

在同样的频段下,NB-IoT比现有网络增益20dB,覆盖面积扩大100倍。其次是对海量连接的支撑能力,NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接。目前全球有约500万个物理站点,假设全部部署NB-IoT、每个站点三个扇区,那么可以接入的物联网终端数将高达4500亿个。

NB-IoT的功耗更低

NB-IoT的功耗,仅为2G的1/10,终端??榈拇奔淇沙ご?0年。NB-IoT构建于蜂窝网络,只消耗大约180KHz的带宽,可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络,以降低部署成本、实现平滑升级。终端??槌杀痉矫?、现阶段有望降至5美元之内,未来随着市场发展带来的规模效应和技术演进,成本还有望进一步降低。

大数据支持

NB-IoT连接所收集的数据可以直接上传云端,而蓝牙、Wi-Fi等技术则没有这样的便利。目前包括我国运营商在内诸多运营商在开展NB-IoT的标准制定和技术研究,包括高通、沃达丰、德国电信、中国移动、中国联通、Bell等主流运营商、芯片商及设备系统产业链上下游等。

NB-IoT功耗测试项及过程分析

物联网终端或???,可以说低功耗是最基础、也是最重要的指标。以NB-IoT为例,除了无线射频(RF),通信及无线资源管理(RRM)等常规的指标认证测试,运营商制定严格的功耗测试规范。以下举例列举了一些低功耗测试的项目:

低功耗功能测试:

1.PSM 寻呼测试

2.PSM 上行数据测试

3.eDRX上行数据测试

4.PSM+ eDRX寻呼测试

5.PSM+eDRX上行数据测试

功耗性能测试:

1.??榉欠⑸渥刺囊?

2.??榉⑸渥刺囊?

NB-IoT终端或??樵诓煌ぷ髂J较碌墓亩加薪衔魅返囊?,主要分为低功耗运行模式和数据接收或发送模式下的功耗。在认证实验室或运营商的研究院,如下图所示是德科技UXM NB-IoT基站模拟器及N6705B直流电源分析仪随处可见。

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如果你是第一次接触这种测试环境,肯定会说:“UXM NB-IoT基站模拟器”是什么东东?它和功耗测试又有什么关系?

相信大家都注意到手机屏幕右上角有一个信号强弱指示,有时满格,有时一格或者干脆无信号,也就是我们常所说的手机没服务,无网络。真实的原因就是手机接收不到或接收到的基站(铁塔)信号太小,无法识别了。通?;咎煜叨及沧霸诼ザ?,铁塔等固定的位置,手机能接收到的基站的信号强度和手机与基站天线的距离,方位和是否有遮挡有关。如果距离远或有物体遮挡,手机收到的信号就小,同样,你的发射信号功率就要大。如下图所示,手机在位置1时,距离基站天线近,收到其信号就强(-65),发射也较小(8);而在位置2时,距离基站天线更远,接收信号就弱(-93),因此发射功率也就要更大(20)。

就功耗而言,接收的信号小,发射的功率就大,消耗的电量就多。

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因此,在进行??榈墓牟馐允?,需要一个完全可控,替代实际网络的设备,UXM NB-IoT基站模拟器就是这样的设备。

接下来我们通过两个功耗实测的案例,来看一下NB-IoT??榈墓牟馐粤鞒?,及其重要参数设置和评估标准。

PSM模式进驻和功耗测试条件和步骤

预置条件

1、使用N6705B电源分析仪 对??楣┑?,电压设置为??槭褂玫牡缪?;

2、UXM NB-IoT基站模拟器 发射功率为-114.8dBm,无噪声,无衰落,室内常温状态;

3、设置 RRC RELEASE 超时定时器为10秒;

4、不限制上行子载波个数 (single-tone 或 multi-tone),不限制上行子载波间隔;

5、RRC_IDLE 态 DRX 周期为1.28秒,T3324 定时器为10秒,不使用eDRX;

6、TAU 周期为10分钟

测试步骤

1、测试??槌晒Ω阶磐?;

2、??椴皇辗⑹?,进入IDLE态,并等待T3324超时,进入PSM模式;

3、I1 向??榉⑺脱昂?,检查??槭欠袷盏窖昂?;

预期结果

步骤3后,??椴挥κ盏窖昂?。


在详细分析功耗是否合理之前,必须先了解NB-IoT 中的PSM(省电模式)的定义,及其关键参数设定:

1.  PSM(Power Saving Mode):即低功耗模式,是3GPP R12引入的技术,其原理是允许UE在进入空闲态一段时间后,关闭信号的收发和AS(接入层)相关功能,相当于部分关机,从而减少天线、射频、信令处理等的功耗消耗。UE在PSM期间,不接收任何网络寻呼,对于网络侧来说,UE此时是不可达的,数据、短信、电话均进不来。只有当TAU周期请求定时器(T3412)超时,或者UE有MO业务要处理而主动退出时,UE才会退出PSM模式、进入空闲态,进而进入连接态处理上下行业务。

2.TAU周期请求定时器(T3412):由网络侧在ATTCH和TAU消息中指定,3GPP协议规定默认为54min,最大可达310hr。那么UE处理完数据之后,什么时候进入PSM模式呢?这是由另一个定时器Active Timer(T3324,0-255秒)决定的。UE处理完成数据之后,RRC连接会被释放、进入空闲态,与此同时启动Active Timer,此Timer超时后,UE即进入上述PSM模式。

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上图为从N6705B直流电源分析仪的DataLogger上观察的该测试过程,NB-IoT??榭?,通过发送和接收消息与UXMNB-IoT基站模拟器通信,完成上网注册,接收系统消息T3412(TAU=10 Min)和T3324(ActiveTimer=10 Sec),DRX(1.28Sec)上图光标Marker1至Marker2间隔为10秒,在此期间每1.28秒(约8个接收寻呼的电流脉冲)。最后正常进入PSM省电模式,电流仅仅1.167uA,顺利完成PSM模式进驻,并T3412的10分钟到达时唤醒一次。

另外一个值得注意的信息是:虽然PSM模式耗电仅仅1.67uA,但??樵诮邢低匙⒉崾?,最大电流为61.89mA,为PSM模式的6.2万倍!

??榉⑸渥刺牟馐圆馐蕴跫安街杈倮?/strong>

预置条件

1、使用N6705B直流源分析仪 对??楣┑?,电压设置为??槭褂玫牡缪?;

2、UXM NB-IoT 基站模拟器 发射功率为-124.8dBm,无噪声,无哀落,室内常温状态:

3、UXM NB-IoT 基站模拟器 设置 RRC RELEASE 超时定时器为10秒;

4、不限制上行子载波个数(single-tone 或 multi-tone),不限制上行子载波间隔,根据模组自身支持情况选择;

5、RRC_IDLE 态 DRX 周期为1.28秒,T3324 定时器为10秒,不使用eDRX;

6、延长版的TAU 周期(即T3412 extended)设置为2分钟

测试步骤

1、被测??樯系?,I2开始记录电流波形,开始测试;

2、被测??槌晒ν瓿?Attach 附着过程,进入PSM,T3412 extended 定时器超时,??榉⑵鸩⑼瓿蒚AU,进入PSM,I2停止记录电流波形;

3、从所记录的电流波形中截取TAU过程电流的平均值,分别乘以电压,算出TAU过程的平均功率;

TAU过程:??橥瓿筛阶藕蠼隤SM,等待 T3412 extended 定时器超时,I1收到??槔肟狿SM发出的第一个PRACH作为测量起点,I1收到TAU Accepte 消息作为测试终点。


与分析低功耗模式相同,使用N6705B直流分析仪的数据记录仪功能连续获取??樵诓煌ぷ髯刺南牡缌鳎ê牡纾?。如下图所示:

2

与之前不同的时,按照约定的T3324(TAU为2 Min)时间,??榇覲SM低功耗模式唤醒,重新与网络进行系统更新,获取网络的寻呼消息。但由于网络信号强度由-114.8dBm下降为-124.8dBm,因此 发送功率也相应的增大10dB,所以最大电流增大到206mA, 是刚才62mA的3倍多。

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上图是局部放大的电流波形

可以看到??樵诟率钡墓ぷ鞯缌魑?5mA(功耗),而发射信号时高达ms级的电流脉冲,范围从几个mA到200mA。

如果没有充足的预算购买N6705C,您如何能测试您产品的低功耗特性?

方法一:与是德科技的销售人员联系,预约是德科技在北京、成都、深圳、上海的开放实验室,我们准备好测试条件后,您可以带产品来实验室进行1天的免费测试。

方法二:我们的合作伙伴可以为您提供仪器租赁服务。

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