NB-IoT 的低功耗分析，我们是怎么做的

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。

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，终端模块的待机时间可长达10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。终端模块成本方面、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

物联网终端或模块，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.模块非发射状态功耗要求

2.模块发射状态功耗要求

NB-IoT终端或模块在不同工作模式下的功耗都有较为明确的要求，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。

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。通常基站天线都安装在楼顶，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。

因此，在进行模块的功耗测试时，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模块的功耗测试流程，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电源分析仪对模块供电，电压设置为模块使用的电压；

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、测试模块成功附着网络；

2、模块不收发数据，进入IDLE态，并等待T3324超时，进入PSM模式；

3、I1 向模块发送寻呼，检查模块是否收到寻呼；

预期结果

步骤3后，模块不应收到寻呼。

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。

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模块开机，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，但模块在进行系统注册时，最大电流为61.89mA，为PSM模式的6.2万倍！

模块发射状态功耗测试测试条件及步骤举例

预置条件

1、使用N6705B直流源分析仪对模块供电，电压设置为模块使用的电压；

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、被测模块上电，I2开始记录电流波形，开始测试；

2、被测模块成功完成 Attach 附着过程，进入PSM，T3412 extended 定时器超时，模块发起并完成TAU，进入PSM，I2停止记录电流波形；