PART-01

窄帶NTN（NB-IoT NTN）簡介

3GPP 在 R13 版本中正式引入了 NB-IoT（Narrowband Internet of Things，窄帶物聯(lián)網(wǎng)）技術。這是一種面向物聯(lián)網(wǎng)設備的低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）無線通信技術，能夠在窄帶頻譜下提供良好的覆蓋與穿透能力，適用于長時間運行且數(shù)據(jù)量較小的應用場景，例如智能抄表、環(huán)境監(jiān)測和智慧城市基礎設施等。

根據(jù)統(tǒng)計，全球仍有近 30 億人未接入互聯(lián)網(wǎng)，其中約 4.5 億人位于現(xiàn)有移動網(wǎng)絡覆蓋盲區(qū)，例如偏遠山地、遠海和戈壁等地區(qū)。NTN（Non-Terrestrial Networks，非地面網(wǎng)絡）可有效彌補地面網(wǎng)絡的覆蓋不足，將連接能力擴展至這些區(qū)域。關于 NTN 技術的基礎介紹，請參閱聊聊“捅破天”的NTN技術。

在 R17 中，3GPP 將 NB-IoT 與 NTN 結合，定義了 NB-IoT NTN 的基線規(guī)范，使物聯(lián)網(wǎng)連接覆蓋進一步擴大，推動農(nóng)業(yè)監(jiān)測、環(huán)境感知與災害預警等領域的發(fā)展。例如，通過衛(wèi)星與 NB-IoT 的結合，可以實時采集土壤濕度與氣象數(shù)據(jù)，幫助農(nóng)戶優(yōu)化灌溉方案；在災害監(jiān)測場景下，NTN 可在地面網(wǎng)絡不可用時確保關鍵數(shù)據(jù)的及時傳輸。

NB-IoT與NTN的融合為全球物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來了新的機遇，不僅有助于填補數(shù)字鴻溝，還能推動各行業(yè)的智能化轉型，助力實現(xiàn)更高效、更可持續(xù)的未來，為物聯(lián)網(wǎng)市場注入新的活力。

PART-02

NB-IoT NTN終端的測試要求

與傳統(tǒng)NB-IoT終端類似，NB-IoT NTN終端在開發(fā)和部署過程中，需要進行一系列測試以確保其性能、可靠性和兼容性。以下是一些關鍵的測試類型：

·基本功能測試：驗證終端的基本通信功能，如網(wǎng)絡接入、小區(qū)選擇/重選、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)、連接建立和斷開、收發(fā)短信以及與不同網(wǎng)絡的兼容性等。

·射頻性能測試：在不同地理位置和環(huán)境條件下測試終端發(fā)射機/接收機的射頻性能，驗證終端在不同環(huán)境（如城市、鄉(xiāng)村、山區(qū)等）中的覆蓋能力。

·業(yè)務性能測試：測量連接建立的時間、不同信號條件的上下行數(shù)據(jù)傳輸速率與數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t，確保滿足應用需求。

·功耗測試：物聯(lián)網(wǎng)終端的功耗是一個非常重要的指標。需要評估終端在不同工作狀態(tài)（如待機、傳輸、休眠）的能耗表現(xiàn)，驗證 PSM/ eDRX 等省電機制的效果。

PART-03

NB-IoT NTN終端的測試難點

與SIB信令簡介

NB-IoT NTN主要涉及地球靜止軌道（GEO/GSO）及低地球軌道（LEO）兩類衛(wèi)星，兩者具有不同特性及挑戰(zhàn)。

GEO/GSO衛(wèi)星高度約35786 km，單程傳播時延約120ms，對于3GPP R17/R18定義的透明轉發(fā)模式，實際往返時延（RTT）可高達540ms。如此大時延嚴重影響實時交互體驗，增加抖動和回聲；使TCP/ARQ/HARQ等基于快速確認的協(xié)議性能大幅下降（窗口增長慢、誤判丟包、重傳延遲），實時控制與時序敏感業(yè)務受損；調度、切換與同步復雜度提升，需要更大緩沖、延遲感知的協(xié)議優(yōu)化（如TCP加速、HARQ重設計、邊緣緩存與QoS策略）以降低對體驗的損害。

對于低軌 LEO 衛(wèi)星，衛(wèi)星高速運動會引起較大且快速變化的多普勒頻移；此外，單顆衛(wèi)星或波束的可見窗口短且動態(tài)變化，用戶需頻繁切換衛(wèi)星或波束。切換過程會中斷載波與時頻同步，頻偏補償需在極短時間內切換并重新估計，增加信令與握手開銷并帶來短時丟包或重傳；對實時業(yè)務和窄帶終端影響明顯，難以維持QoS；終端要具備更復雜的星歷/GNSS輔助預測、快速跟蹤環(huán)路與預補償算法，導致計算與功耗上升；網(wǎng)絡側需支持精細接入管理、無縫切換、上下文遷移和邊緣緩存以降低中斷和感知時延，否則用戶體驗和系統(tǒng)效率都會受損。

為應對NTN通信的上述問題，系統(tǒng)廣播消息中需新增參數(shù)（例如衛(wèi)星/波束標識、傳播延遲與Timing Advance范圍、頻偏/多普勒輔助參數(shù)、RACH/上行功控與重復/發(fā)送策略等）。針對NB-IoT在NTN場景下的應用，3GPP新增了系統(tǒng)廣播消息SIB31/32/33用于攜帶這些擴展信息：

·SIB31主要用于提供IoT設備在NTN網(wǎng)絡中的基本系統(tǒng)信息。

·SIB32在SIB31的基礎上，提供了更為詳細和復雜的系統(tǒng)信息，主要用于支持更高效的IoT通信。

·SIB33是針對IoT-NTN的高級系統(tǒng)信息塊，旨在提供更全面的網(wǎng)絡支持。

限于篇幅，下面僅對必須的“基礎廣播”SIB31的主要字段略作展開介紹：

·ServingSatelliteInfo-r17：提供服務衛(wèi)星的詳細信息，包括衛(wèi)星星歷和網(wǎng)絡時間對齊（NTA）參數(shù)等。

·ephemerisInfo-r17：衛(wèi)星星歷信息，可采用狀態(tài)向量或軌道參數(shù)的形式提供。

·nta-CommonParameters-r17：包含網(wǎng)絡時間對齊的通用參數(shù)，如NTA值、NTA漂移率及其變化，用于調整UE與網(wǎng)絡之間的時間對齊。

·ul-SyncValidityDuration-r17：上行同步有效時長，定義了衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)和NTA參數(shù)的有效期。

·epochTime-r17：衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)和通用TA參數(shù)的參考時間點。

·k-Offset-r17 和 k-Mac-r17：與幀定時相關的偏移量參數(shù)，用于調整下行和上行幀之間的同步。

·ServingSatelliteInfo-v1820（可選）：此部分在R18 V20版本中引入，提供了額外的服務衛(wèi)星信息，如衛(wèi)星ID、參考位置和距離閾值。

·ServingSatelliteInfo-v1900（可選）：此部分在R19 V00版本引入。

PART-04

NB-IoT NTN功能的增強與演進

3GPP在R17版本開始引入NB-IoT NTN功能，主要特點包括：使用透明轉發(fā)模式，使用6 GHz以下的FDD頻譜，要求終端支持GNSS，主要用于支持小數(shù)據(jù)包傳輸?shù)奈锫?lián)網(wǎng)應用場景。

在已經(jīng)凍結的R18及R19版本的規(guī)范中，3GPP同樣針對NB-IoT NTN增加了一些演進和增強。

01 在R18中增加的相關特性包括：

1性能增強相關：

· 關閉下行HARQ反饋：網(wǎng)側指示UE不再對下行傳輸發(fā)送即時的HARQ ACK/NACK反饋。

· 上行HARQ模式A/B：兩類上行容錯/重傳策略的分化。Mode A 接近傳統(tǒng)的HARQ機制：發(fā)送后等待ACK/NACK，再由gNB觸發(fā)重傳；適用于時延較短或能接受交互信令的場景。Mode B 則偏向預配置/盲重傳或HARQless（例如固定重復次數(shù)、配置性授予或聚合反饋），減少即時反饋依賴，適合高時延、頻繁切換或超低功耗設備。

· 增強GNSS操作：網(wǎng)絡可通過下行 MAC CE 觸發(fā) UE 啟動 GNSS 獲取（避免 UE 持續(xù)監(jiān)聽），在指定時刻或窗口內完成定位/時鐘獲取以支持時頻同步、軌跡預測和多普勒補償；UE 通過上行 MAC CE 報告 GNSS 結果的有效時長（validity duration），告知 gNB/網(wǎng)絡該定位/時鐘信息在多長時間內可被信任而無需重采。該機制利用輕量級 MAC CE 信令，實現(xiàn)可控的喚醒策略和更少的 GNSS 開機次數(shù)，適合功耗受限的 NB-IoT 終端；同時幫助網(wǎng)絡在 NTN 場景（特別是 LEO 場景中，頻繁可見性變化）中安排收發(fā)、預補償和切換決策。設定有效期時需在GNSS獲取延時、精度與重采頻率之間做協(xié)同優(yōu)化以平衡能耗與可靠性。

2移動性增強相關：

引入基于時間與基于位置的新觸發(fā)機制，用于連接態(tài)的測量動作，以適配衛(wèi)星可見性短、變化快且終端功耗受限的特點。時間觸發(fā)可為絕對或相對窗口，并可與衛(wèi)星軌道預測對齊，僅在預計有意義的時間段啟動信號強度、時頻同步或多普勒測量，避免持續(xù)監(jiān)聽。位置觸發(fā)則基于終端的GNSS/輔助位置或網(wǎng)絡已知地理區(qū)域（如進入/離開地理圍欄、到達某條地面軌跡附近）來決策是否執(zhí)行測量，便于在接近覆蓋邊緣或預期切換點時才進行測量操作。兩類觸發(fā)可由網(wǎng)絡通過RRC或輕量MAC CE下發(fā)配置，并結合UE上報的測量有效期和GNSS獲取策略協(xié)同工作。

3不連續(xù)覆蓋增強相關：

·無線鏈路失敗（RLF）后若來不及完成RRC重建流程，UE可直接進入IDLE態(tài)。原因多見于NTN場景：時延大、衛(wèi)星可見性短或切換頻繁導致重建超時或握手不能完成，進而導致RRC上下文丟失、會話/資源需重新建立，造成更長的業(yè)務中斷與額外信令開銷。

· 增加“Release due to discontinuous coverage” 的釋放鏈接原因值，用于明確告知核心網(wǎng)該釋放并非因 UE 主動退出或常規(guī)異常，而是由于無線覆蓋出現(xiàn)間斷性不可恢復的情況（例如 NTN 場景中衛(wèi)星/波束可見性突然中斷、波束切換失敗、長時延導致重建超時或覆蓋盲區(qū)）。

02 在R19中增加的相關特性包括：

1再生/存儲/轉發(fā)：

· 基站上星，在衛(wèi)星上完成部分或全部基帶處理與調度、HARQ、RLC/PDCP 終結及星間轉發(fā)。優(yōu)點包括可顯著降低端到端時延、減少地面回傳帶寬壓力、支持本地化切換與快速恢復并通過星間鏈路實現(xiàn)更靈活的路由優(yōu)化。

· 衛(wèi)星對地回傳（feeder）或衛(wèi)星與終端的服務鏈路短時中斷時，將用戶面或控制面數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡側（如地面網(wǎng)關）或衛(wèi)星進行暫存，待鏈路恢復后再轉發(fā)。

· 衛(wèi)星與地面網(wǎng)關（feeder）之間的回傳鏈路發(fā)生切換時，網(wǎng)絡能夠保持用戶面和控制面連續(xù)性并最小化業(yè)務中斷的能力。

2上行容量增強：

· NPUSCH Format1采用Orthogonal Cover Codes（正交覆蓋碼，OCC），用于在重復/時頻域實現(xiàn)復用與干擾抑制，通過對不同傳輸實體分配互相正交的碼序列，提升接收靈敏度與系統(tǒng)容量。

·精簡EDT（Early Data Transmission）信令，如：Msg3-EDT無需完整隨機接入、基于 DSA（Diversity Slotted ALOHA）；簡化或壓縮下行的Msg4，如使用短型/合并的 DL ACK、位圖/指示位或隱式確認以避免完整的 Msg4 傳輸與等待。

3TDD支持：

引入特定的 TDD 運行模式以適配衛(wèi)星鏈路的長時延、上下行時序不對稱和波束可見性短的特點。關鍵點包括：靈活的 UL/DL 時隙配置，支持較長的傳播延遲；對 HARQ 時序的放寬或替代（如延長 RTT、HARQless/ModeB、關閉 DL HARQ 反饋）以避免頻繁超時；波束級的時鐘與 TA（Timing Advance）管理以減少大規(guī)模終端同步開銷；對再生與透明載荷均兼容的時序/調度適配，允許在上行優(yōu)先或下行優(yōu)先場景間切換。

4支持PWS（Public Warning System，公共預警系統(tǒng)）：

· 支持ETWS（Earthquake and Tsunami Warning System，地震與海嘯預警系統(tǒng)）與 CMAS（Commercial Mobile Alert System，商業(yè)移動報警系統(tǒng)）

·ETWS geofencing：將地震/海嘯警報按地理區(qū)域精確投放，只通知受影響區(qū)域內的終端。

此外，隨著NB-IoT NTN技術的持續(xù)演進，國內外相關應用創(chuàng)新也在快速發(fā)展。業(yè)界在關鍵場景（如遠洋應急、海事語音告警、車載/軌道語音告警、穿戴式對講與應急呼叫）對語音能力提出需求并開展了語音增強方案研究，提出三種可能的解決方案：

· 采用多域體制融合思路，提出基于新增信令網(wǎng)關的語音優(yōu)化解決方案，可有效減少終端與衛(wèi)星的信令交互，節(jié)約衛(wèi)星資源。

·基于Web-RTC（源自網(wǎng)頁的實時通信）架構的語音通話解決方案，使用自定義接口實現(xiàn)語音協(xié)議的定制化，可大幅提升語音信令交互效率。

· 基于IMS信令優(yōu)化的語音增強解決方案，通過精簡SIP/SDP（會話初始協(xié)議/會話描述協(xié)議）流程及字段，可縮短終端與IMS網(wǎng)絡的交互時延，提升交互效率。

PART-05

羅德與施瓦茨的NB-IoT NTN終端測試方案

羅德與施瓦茨公司基于市場領先的R&S CMW500，提供針對NB-IoT NTN終端的端到端測試解決方案。該方案支持多種軌道，能夠進行全面的功能和性能驗證，適用于射頻發(fā)射機/接收機性能分析、網(wǎng)絡仿真以及綜合性衰落模擬。這一解決方案加快了協(xié)議測試和開發(fā)過程，確保終端具備良好的互操作性，并符合相關協(xié)議標準。

此外，該方案還支持應用層測試，包括IP層吞吐量、流量分析和用戶體驗測試。無論是在研發(fā)階段、GCF/PTCRB一致性認證，還是運營商驗收測試，該框架都是地面和非地面通信終端測試的首選解決方案。它能夠加速產(chǎn)品上市，提高產(chǎn)品質量，并確保符合行業(yè)標準和監(jiān)管要求。

通過這一綜合測試解決方案，羅德與施瓦茨公司致力于推動NB-IoT NTN技術的發(fā)展，幫助客戶在競爭激烈的市場中獲得優(yōu)勢。

01 NB-IoT NTN終端通信功能測試

為了驗證NB-IoT NTN終端的通信基本功能，CMW500提供了MLAPI（中級編程接口）。下表列出了MLAPI所提供的測試場景，客戶可以直接使用這些測試用例來驗證終端的網(wǎng)絡接入、小區(qū)選擇/重選、數(shù)據(jù)發(fā)送/接收、短信收發(fā)等基本通信功能。

更重要的是，MLAPI 同時提供底層 API 的示例源碼，便于開發(fā)人員與測試工程師按需擴展測試腳本，實現(xiàn)更靈活、高效的終端測試與驗證。

02 NB-IoT NTN終端信令連接及射頻測試

NTN通信衛(wèi)星主要使用高軌（GEO/GSO）和低軌（LEO）。兩者各具特點及適用場景：

高軌衛(wèi)星：覆蓋范圍廣，僅需少量的衛(wèi)星及地面站即可進行廣域覆蓋的服務，并且衛(wèi)星相對地面運動速度慢，無需頻繁調整，即可實現(xiàn)穩(wěn)定的鏈路傳輸；但是缺點是延遲高，高軌衛(wèi)星往往比較少，所以容量有限，并且容易受到雨雪等天氣條件的影響，導致信號質量下降。

低軌衛(wèi)星：延遲低，受到天氣影響較少，可以提供比較穩(wěn)定的連接，可以根據(jù)需求進行動態(tài)調整和擴展；但是缺點是單顆衛(wèi)星覆蓋范圍有限，需要多個衛(wèi)星組成星座才能實現(xiàn)全球覆蓋，另外由于LEO衛(wèi)星的軌道較低，衛(wèi)星需要定期調整軌道以保持穩(wěn)定，這增加了運營復雜性。

高軌GEO/GSO和低軌LEO衛(wèi)星各有其適用場景。GEO適合需要廣泛覆蓋和相對穩(wěn)定連接的應用，而LEO則更適合對延遲敏感的實時應用和需要高質量信號的場景。

CMW500可以支持所有GEO/GSO以及LEO典型場景的模擬，并提供一些關鍵參數(shù)的修改功能，如K-offset、K-Mac等。這些功能為客戶提供了靈活的測試環(huán)境，以滿足不同應用需求。

下圖是針對NB-IoT NTN終端發(fā)射機性能指標的測試結果，包含發(fā)射功率、EVM、ACLR等關鍵指標，這個與NB-IoT終端的測試結果并沒什么本質區(qū)別。

業(yè)界廣泛應用的自動化測試工具CMWrun同樣可以有效測試NB-IoT NTN終端發(fā)射機和接收機的射頻性能，為用戶提供了強大的支持，助力用戶在快速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)領域中實現(xiàn)高效、可靠的設備開發(fā)與驗證。無論是新產(chǎn)品的研發(fā)還是現(xiàn)有系統(tǒng)的優(yōu)化，CMWrun都是用戶不可或缺的測試工具。

03 NB-IoT NTN終端雙向數(shù)據(jù)通信測試

NB-IoT NTN終端廣泛用于物聯(lián)網(wǎng)、智能農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測等領域，穩(wěn)定可靠的雙向通信能力是NTN終端正常工作的基礎。通過驗證這一能力，可以確保終端在各種網(wǎng)絡條件下都能穩(wěn)定地進行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，從而提高通信的可靠性。

CMW500可以通過ping包功能驗證終端的雙向通信能力。當NB-IoT NTN終端成功連接到CMW500后，可以使用CMW500對終端的IP地址進行ping包操作，并接收來自終端的ping回復。這種方法有效地驗證了終端的雙向通信能力，并能夠快速獲取往返時間（RTT，Round-Trip Time）。

以下是NB-IoT NTN終端ping包測試的結果顯示，RTT約為500毫秒，明顯高于傳統(tǒng)NB-IoT網(wǎng)絡的延遲。

另外，CMW500還可以驗證NB-IoT NTN終端的雙向收發(fā)SMS的功能，為NB-IoT NTN終端的實時應用奠定堅實的基礎。短信具備窄帶、低功耗與可靠的存儲轉發(fā)特性，便于在間歇連接或高時延GEO/LEO場景下實現(xiàn)控制、告警、認證與輕量級命令下發(fā)。SMS可以使用控制面進行發(fā)射，因而在數(shù)據(jù)業(yè)務不可用時提供回退機制，降低對持續(xù)雙向連接的依賴，利于設備喚醒、狀態(tài)上報與遠程管理。結合定時/重復傳輸與網(wǎng)絡側QoS策略，在可接受的延時下保障重要消息到達，為后續(xù)更復雜的實時服務（如低延時信令通道、邊緣緩存與會話遷移等）構建穩(wěn)健的能力。

04 NB-IoT NTN終端語音通話測試

下圖為使用CMW500支持 NB-IoT NTN 終端語音通話測試的拓撲圖：NB-IoT或NB-IoT NTN終端與CMW500建立信令連接，并通過USB線將網(wǎng)絡共享給左側 PC1。PC1 通過 “OTT 編解碼器封裝器” 以 RTP/UDP/IP 發(fā)送音頻流，支持窄帶語音編解碼（如 AMRNB m0、Codec2）；CMW500 內置 NB-IoT 協(xié)議棧并模擬網(wǎng)絡行為，包括NTN網(wǎng)絡的各種場景（如高時延、多普勒、切換等），負責上/下行信號的收發(fā)與協(xié)議交互；右側 PC2 經(jīng)“OTT 編解碼器封裝器”接收并播放解碼后的音頻。該測試方案用于驗證端到端語音可行性、編解碼互通、時延與丟包對語音質量的影響，以及在 NTN 場景下對終端與網(wǎng)絡參數(shù)的評估和優(yōu)化。

請您持續(xù)關注“羅德與施瓦茨中國”公眾號，后續(xù)將為您帶來專題介紹，深入探討相關的測試方案和最新動態(tài)。通過這些信息，您將能夠更好地了解NB-IoT NTN技術及其在市場中的應用前景。

羅德與施瓦茨業(yè)務涵蓋測試測量、技術系統(tǒng)、網(wǎng)絡與網(wǎng)絡安全，致力于打造一個更加安全、互聯(lián)的世界。成立 90 多年來，羅德與施瓦茨作為全球科技集團，通過發(fā)展尖端技術，不斷突破技術界限。公司領先的產(chǎn)品和解決方案賦能眾多行業(yè)客戶，助其獲得數(shù)字技術領導力。羅德與施瓦茨總部位于德國慕尼黑，作為一家私有企業(yè)，公司在全球范圍內獨立、長期、可持續(xù)地開展業(yè)務。