NBIOT技術(shù)及優(yōu)化

1、NB-IOT技術(shù)及優(yōu)化目錄1.NB-IOT關(guān)鍵技術(shù)51.1 強覆蓋：51.2 低成本：51.3 小功耗：71.4 大連接：82.NB-IOT幀結(jié)構(gòu)92.1 下行物理層結(jié)構(gòu)92.2 上行物理層結(jié)構(gòu)102.3 上行資源單元RU113.NB-IOT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)123.1 CP和UP傳輸方案133.2 CP和UP方案傳輸路徑對比143.3 CP和UP協(xié)議棧對比143.3.1 CP方案的控制面協(xié)議棧143.3.2 UP方案的控制面協(xié)議棧152.4 狀態(tài)轉(zhuǎn)換154.信令流程184.1 CP傳輸方案端到端信令流程184.2 RRC連接建立過程204.3 UP傳輸方案端到端信令流程224.4 RRC掛起流程（Su

2、spend Connection procedure）244.5 RRC恢復流程（Resume Connection procedure）254.6 CP/UP方案網(wǎng)絡(luò)協(xié)商流程265.覆蓋優(yōu)化285.1 弱覆蓋285.2 SINR差285.3 重疊覆蓋問題點285.4 覆蓋指標要求:286.重選優(yōu)化286.1 重選時延統(tǒng)計方法：296.2 判斷小區(qū)重選是否成功：296.3 重選成功率統(tǒng)計：296.4 脫網(wǎng)重搜時延統(tǒng)計：297. 參數(shù)優(yōu)化：30覆蓋等級門限30SIB1 重復次數(shù)30SIB2 周期30同頻重選測量門限配置標示31同頻小區(qū)重選指示31加密算法優(yōu)先級31完整性保護算法優(yōu)先級32MIB

3、和 SIB 加擾開關(guān)33eDRX開關(guān)33定時器 T30033定時器 T31034UE 不活動定時器341.NB-IOT關(guān)鍵技術(shù)NB-IOT屬于LPWA技術(shù)的一種，它具備強覆蓋、低成本、小功耗、大連接這四個關(guān)鍵特點。1.1 強覆蓋：較GSM有20db增益，1、采用提升IOT終端的發(fā)射功率譜密度（PSD，Power spectral density ）；2、通過重復發(fā)送，獲得時間分集增益，并采用低階調(diào)制方式，提高解調(diào)性能，增強覆蓋；3、天線分集增益，對于1T2R來說，比1T1R會有3db的增益。20db= 7db（功率譜密度提升）+ 12db（重傳增益）+ 0-3db （多天線增益）1.2 低成本

4、：NB-IOT基于成本考慮，對FDD-LTE的全雙工方式進行閹割，僅支持半雙工。帶來的好處當然是終端實現(xiàn)簡單，影響是終端無法同時收發(fā)上下行，無法同時接收公共信息與用戶信息。上行傳輸和下行傳輸在不同的載波頻段上進行；基站/終端在不同的時間進行信道的發(fā)送/接收或者接收/發(fā)送 ；H-FDD與F-FDD的差別在于終端不允許同時進行信號的發(fā)送與接收，終端相對全雙工FDD終端可以簡化，只保留一套收發(fā)信機即可，從而節(jié)省雙工器的成本；NB-IOT終端工作帶寬僅為傳統(tǒng)LTE的1個PRB帶寬（180K），帶寬小使得NB不需要復雜的均衡算法。帶寬變小后，也間接導致原有寬帶信道、物理層流程簡化。下面僅粗略講解，以后單

5、獨成系列篇講解物理層。下行取消了PCFICH、PHICH后將使得下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒膛c原LTE形成很大的區(qū)別，同樣一旦上行取消了PUCCH，那么必然要解決上行控制消息如何反饋的問題，這也將與現(xiàn)網(wǎng)LTE有很大的不同。終端側(cè)RF進行了閹割，主流NB終端支持1根天線（協(xié)議規(guī)定NRS支持1或者2天線端口）天線模式也就從原來的1T /2R變成了現(xiàn)在的1T/1R，天線本身復雜度，當然也包括天線算法都將有效降低FD全雙工閹割為HD半雙工，收發(fā)器從FDD-LTE的兩套減少到只需要一套低采樣率，低速率，可以使得緩存Flash/RAM要求小（28 kByte）低功耗，意味著RF設(shè)計要求低，小PA就能實現(xiàn)直接砍掉IM

6、S協(xié)議棧，這也就意味著NB將不支持語音（注意實際上eMTC是可以支持的）各層均進行優(yōu)化PHY物理層：信道重新設(shè)計，降低基本信道的運算開銷。比如PHY層取消了PCFICH、PHICH等信道，上行取消了PUCCH和SRS。 MAC層：協(xié)議棧優(yōu)化，減少芯片協(xié)議棧處理流程的開銷。 僅支持單進程HARQ（相比于LTE原有的最多支持8個進程process，NB僅支持單個進程。）； 不支持MAC層上行SR、SRS、CQI上報。沒了CQI，LTE中的AMC（自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)）功能不可用 不支持非競爭性隨機接入功能； 功控沒有閉環(huán)功控了，只有開環(huán)功控（如果采用閉環(huán)功控，算法會麻煩得多，調(diào)度信令開銷也會很大）。

7、RLC層：不支持RLC UM（這意味著沒法支持VoLTE類似的語音）、TM模式（在LTE中走TM的系統(tǒng)消息，在NB中也必須走AM）；PDCP：PDCP的功能被大面積簡化，原LTE中賦予的安全模式、RoHC壓縮等功能直接被閹割掉；在RRC層：沒有了mobility管理（NB將不支持切換）；新設(shè)計CP、UP方案簡化RRC信令開銷；增加了PSM、eDRX等功能減少耗電。1.3 小功耗：PSM技術(shù)原理，即在IDLE態(tài)下再新增加一個新的狀態(tài)PSM（idle的子狀態(tài)），在該狀態(tài)下，終端射頻關(guān)閉（進入冬眠狀態(tài)，而以前的DRX狀態(tài)是淺睡狀態(tài)），相當于關(guān)機狀態(tài)（但是核心網(wǎng)側(cè)還保留用戶上下文，用戶進入空閑態(tài)/連接

8、態(tài)時無需再附著/PDN建立）。在PSM狀態(tài)時，下行不可達，DDN到達MME后，MME通知SGW緩存用戶下行數(shù)據(jù)并延遲觸發(fā)尋呼；上行有數(shù)據(jù)/信令需要發(fā)送時，觸發(fā)終端進入連接態(tài)。終端何時進入PSM狀態(tài)，以及在PSM狀態(tài)駐留的時長由核心網(wǎng)和終端協(xié)商。如果設(shè)備支持PSM（Power Saving Mode），在附著或TAU（Tracking Area Update）過程中，向網(wǎng)絡(luò)申請一個激活定時器值。當設(shè)備從連接狀態(tài)轉(zhuǎn)移到空閑后，該定時器開始運行。當定時器終止，設(shè)備進入省電模式。進入省電模式后設(shè)備不再接收尋呼消息，看起來設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)失聯(lián)，但設(shè)備仍然注冊在網(wǎng)絡(luò)中。UE進入PSM模式后，只有在UE需要發(fā)送M

9、O數(shù)據(jù)，或者周期TAU/RAU定時器超時后需要執(zhí)行周期TAU/RAU時，才會退出PSM模式，TAU最大周期為310小時。eDRX(Extended DRX) DRX狀態(tài)被分為空閑態(tài)和連接態(tài)兩種，依次類推eDRX也可以分為空閑態(tài)eDRX和連接態(tài)的eDRX。不過在PSM中已經(jīng)解釋，IOT終端大部分呆在空閑態(tài)，所以咱們這里主要講解空閑態(tài)eDRX的實現(xiàn)原理。eDRX作為Rel-13中新增的功能，主要思想即為支持更長周期的尋呼監(jiān)聽，從而達到節(jié)電目的。傳統(tǒng)的2.56s的尋呼間隔對IOT終端的電量消耗較大，而在下行數(shù)據(jù)發(fā)送頻率小時，通過核心網(wǎng)和終端的協(xié)商配合，終端跳過大部分的尋呼監(jiān)聽，從而達到省電的目的。1

10、.4 大連接：每個小區(qū)可達50K連接，這意味著在同一基站的情況下，NB-IoT可以比現(xiàn)有無線技術(shù)提供50100倍的接入數(shù)。第一：NB的話務(wù)模型決定。NB-IoT的基站是基于物聯(lián)網(wǎng)的模式進行設(shè)計的。它的話務(wù)模型是終端很多，但是每個終端發(fā)送的包小，發(fā)送包對時延的要求不敏感。基于NB-IoT，基于對業(yè)務(wù)時延不敏感，可以設(shè)計更多的用戶接入，保存更多的用戶上下文，這樣可以讓50k左右的終端同時在一個小區(qū)，大量終端處于休眠態(tài)，但是上下文信息由基站和核心網(wǎng)維持，一旦有數(shù)據(jù)發(fā)送，可以迅速進入激活態(tài)。第二：上行調(diào)度顆粒小，效率高。2G/3G/4G的調(diào)度顆粒較大，NB-IoT因為基于窄帶，上行傳輸有兩種帶寬3.7

11、5KHz和15KHz可供選擇，帶寬越小，上行調(diào)度顆粒小很多，在同樣的資源情況下，資源的利用率會更高。第三：減小空口信令開銷，提升頻譜效率。NB-IoT在做數(shù)據(jù)傳輸時所支持的CP方案（實際上NB還支持UP方案，不過目前系統(tǒng)主要支持CP方案）做對比來闡述NB是如何減小空口信令開銷的。CP方案通過在NAS信令傳遞數(shù)據(jù)（DoNAS），實現(xiàn)空口信令交互減少，從而降低終端功耗，提升了頻譜效率。2.NB-IOT幀結(jié)構(gòu)2.1 下行物理層結(jié)構(gòu)根據(jù)NB的系統(tǒng)需求，終端的下行射頻接收帶寬是180KHZ。由于下行采用15KHZ的子載波間隔，因此NB系統(tǒng)的下行多址方式、幀結(jié)構(gòu)和物理資源單元等設(shè)計盡量沿用了原有LTE的設(shè)

12、計。頻域上：NB占據(jù)180kHz帶寬（1個RB），12個子載波（subcarrier），子載波間隔（subcarrier spacing）為15kHz。時域上：NB一個時隙（slot）長度為0.5ms，每個時隙中有7個符號（symbol）。NB基本調(diào)度單位為子幀，每個子幀1ms（2個slot），每個系統(tǒng)幀包含1024個子幀，每個超幀包含1024個系統(tǒng)幀（up to 3h）。這里解釋下，不同于LTE，NB中引入了超幀的概念，原因就是eDRX為了進一步省電，擴展了尋呼周期，終端通過少接尋呼消息達到省電的目的。1個signal封裝為1個symbol7個symbol封裝為1個slot2個slot封裝為

13、1個子幀10個子幀組合為1個無線幀1024個無線幀組成1個系統(tǒng)幀（LTE到此為止了）1024個系統(tǒng)幀組成1個超幀，over。這樣計算下來，1024個超幀的總時間=(1024*1024*10)/(3600*1000)=2.9h.2.2 上行物理層結(jié)構(gòu)頻域上：占據(jù)180kHz帶寬（1個RB），可支持2種子載波間隔：15kHz：最大可支持12個子載波：如果是15KHZ的話，那就真是可以洗洗睡了。因為幀結(jié)構(gòu)將與LTE保持一致，只是頻域調(diào)度的顆粒由原來的PRB變成了子載波。關(guān)于這種子幀結(jié)構(gòu)不做細致講解。 3.75kHz：最大可支持48個子載波：如果是3.75K的話，首先你得知道設(shè)計為3.75K的好處是哪

14、里?？傮w看來有兩個好處，一是根據(jù)在NB-IOT強覆蓋之降龍掌談到的，3.75K相比15K將有相當大的功率譜密度PSD增益，這將轉(zhuǎn)化為覆蓋能力，二是在僅有的180KHZ的頻譜資源里，將調(diào)度資源從原來的12個子載波擴展到48個子載波，能帶來更靈活的調(diào)度。支持兩種模式： Single Tone （1個用戶使用1個載波，低速物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，針對15K和3.75K的子載波都適用，特別適合IOT終端的低速應(yīng)用）Multi-Tone （1個用戶使用多個載波，高速物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，僅針對15K子載波間隔。特別注意，如果終端支持Multi-Tone的話必須給網(wǎng)絡(luò)上報終端支持的能力）時域上：基本時域資源單位都為Slot，對

15、于15kHz子載波間隔， 1 Slot=0.5ms，對于3.75kHz子載波間隔，1 Slot=2ms。2.3 上行資源單元RU對于NB來說，上行因為有兩種不同的子載波間隔形式，其調(diào)度也存在非常大的不同。NB-IoT在上行中根據(jù)Subcarrier的數(shù)目分別制訂了相對應(yīng)的資源單位RU做為資源分配的基本單位?；菊{(diào)度資源單位為RU（Resource Unit），各種場景下的RU持續(xù)時長、子載波有所不同。時域、頻域兩個域的資源組合后的調(diào)度單位才為RU。NPUSCH format子載波間隔子載波個數(shù)每RU Slot數(shù)每Slot持續(xù)時長（ms）每RU持續(xù)時長（ms）場景1（普通數(shù)傳）3.75 kHz1

16、16232Single-Tone15 kHz1160.58384Multi-Tone64212212（UCI）3.75kHz1428Single-Tone15kHz140.52NPUSCH根據(jù)用途被劃分為了 Format 1和Format 2.其中Format 1主要用來傳普通數(shù)據(jù).，類似于LTE中的PUSCH信道，而Format 2資源主要用來傳UCI，類似于LTE中的PUCCH信道（其中一個功能）。3.75KHz Subcarrier Spacing只支持單頻傳輸，而15KHz Subcarrier Spacing既支持單頻又支持多頻傳輸。對Fomat1而言，3.75KHz Subcarr

17、ier Spacing的資源單位的帶寬為一個Subcarrier，時間長度是16個Slot，也就是32ms長，而15KHz Subcarrier Spacing單頻傳輸，帶寬為1個Subcarrier的資源單位有16個Slot的時間長度，即8ms。從上可以看出，實際上Format 1兩種單頻傳輸占用的時頻資源的總和是一樣的。對于15KHzSubcarrier Spacing多頻傳輸來說，共計有三種情況，實際上這三種情況最終占用的時頻資源的總和也是一樣的。另外，12個Subcarrier的資源單位則有2個Slot的時間長度，即1ms，此資源單位即是LTE系統(tǒng)中的一個Subframe。對Fomat

18、2而言，僅僅支持單頻傳輸，3.75KHzSubcarrier Spacing的資源單位和15KHzSubcarrier Spacing資源單位占用的時頻資源的總和也是一樣的。2.3 系統(tǒng)消息系統(tǒng)信息MIB-NB(Narrowband Master Information Block)承載于周期640ms之周期性出現(xiàn)的NPBCH(Narrowband Physical BroadcastChannel)中，其余系統(tǒng)信息如SIB1-NB(Narrowband System InformationBlock Type1)等則承載于NPDSCH中。SIB1-NB為周期性出現(xiàn)，其余系統(tǒng)信息則由SIB1-

19、NB中所帶的排程信息做排程。SIB-IOTNB-IoT共有以下幾種SIB-NB:SIB1-NB：存取有關(guān)之信息與其他系統(tǒng)信息方塊排程SIB2-NB：無線資源分配信息SIB3-NB：Cell Re-selection信息SIB4-NB：Intra-frequency的鄰近Cell相關(guān)信息SIB5-NB：Inter-frequency的鄰近Cell相關(guān)信息SIB14-NB：存取禁止(Access Barring)SIB16-NB：GPS時間/世界標準時間(Coordinated Universal Time, UTC)信息Cell Reselection與閑置模式運作3.NB-IOT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)NB-

20、IoT的引入，給LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)帶來了很大的改進要求。傳統(tǒng)的LTE網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，主要是為了適應(yīng)寬帶移動互聯(lián)網(wǎng)的需求，即為用戶提供高帶寬、高響應(yīng)速度的上網(wǎng)體驗。但是，NB卻具有顯著的區(qū)別：終端數(shù)量眾多、終端節(jié)能要求高（現(xiàn)有LTE信令流程可能導致終端耗能高）、以小包收發(fā)為主（會導致網(wǎng)絡(luò)信令開銷遠遠大于數(shù)據(jù)載荷傳輸本身大?。?、可能有非格式化的Non-IP數(shù)據(jù)（無法直接傳輸）等。»NB-IoT終端：通過空口連接到基站。»eNodeB：主要承擔空口接入處理，小區(qū)管理等相關(guān)功能，并通過S1-lite接口與IoT核心網(wǎng)進行連接，將非接入層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給高層網(wǎng)元處理。這里需要注意，NB-IoT

21、可以獨立組網(wǎng)，也可以與EUTRAN融合組網(wǎng)（在講雙工方式的時候談到過，NB僅能支持FDD哦，所以這里必定跟FDD融合組網(wǎng)）»IoT核心網(wǎng)：承擔與終端非接入層交互的功能，并將IoT業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到IoT平臺進行處理。同理，這里可以NB獨立組網(wǎng)，也可以與LTE共用核心網(wǎng)。»IoT平臺：匯聚從各種接入網(wǎng)得到的IoT數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同類型轉(zhuǎn)發(fā)至相應(yīng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用器進行處理。» 應(yīng)用服務(wù)器：是IoT數(shù)據(jù)的最終匯聚點，根據(jù)客戶的需求進行數(shù)據(jù)處理等操作。3.1 CP和UP傳輸方案為了適配NB-IoT的數(shù)據(jù)傳輸特性，協(xié)議上引入了CP和UP兩種優(yōu)化傳輸方案，即control plane

22、 CIoT EPS optimization和user plane CIoT EPS optimization。CP方案通過在NAS信令傳遞數(shù)據(jù)，UP方案引入RRC Suspend/Resume流程，均能實現(xiàn)空口信令交互減少，從而降低終端功耗。需要說明的是CP方案又稱為Data over NAS，UP方案又稱為Data over User Plane。將以上總體架構(gòu)圖進行細化，如下：1)SCEF稱為服務(wù)能力開放平臺，為新引入網(wǎng)元。2) 在實際網(wǎng)絡(luò)部署時，為了減少物理網(wǎng)元的數(shù)量，可以將部分核心網(wǎng)網(wǎng)元（如MME、SGW、PGW）合一部署，稱為CIoT服務(wù)網(wǎng)關(guān)節(jié)點C-SGN，如虛框中所示。從這里也可

23、以看出，PGW可以合設(shè)，也可以集成到C-SGN中來，圖中標示的為PGW單獨設(shè)置。3) Control plane CIoT EPS optimization不需要建立數(shù)據(jù)無線承載DRB，直接通過控制平面高效傳送用戶數(shù)據(jù)（IP和non-IP）和SMS。NB-IoT必須支持CP方案，小數(shù)據(jù)包通過NAS信令隨路傳輸至MME，然后發(fā)往T6a或S11接口。這里實際上得出在CP傳輸模式下，有兩種傳輸路徑，梳理如下：» UEMMESCEFCIoT Services ；» UEMMESGW/PGW CIoT Services。4)user plane CIoT EPS optimizati

24、on，通過新定義的掛起和恢復流程，使得UE不需要發(fā)起service request過程就能夠從EMM-IDLE狀態(tài)遷移到EMM-CONNECTED狀態(tài)，(相應(yīng)地RRC狀態(tài)從IDLE轉(zhuǎn)為CONNECTED)，從而節(jié)省相關(guān)空口資源和信令開銷。這里分兩層意思：一是UP方式需要建立數(shù)據(jù)面承載S1-U和DRB（類似于LTE），小數(shù)據(jù)報文通過用戶面直接進行傳輸；二是在無數(shù)據(jù)傳輸時，UE/eNodeB/ MME中該用戶的上下文掛起暫存，有數(shù)據(jù)傳輸時快速恢復。3.2 CP和UP方案傳輸路徑對比3.3 CP和UP協(xié)議棧對比3.3.1 CP方案的控制面協(xié)議棧UE和eNodeB間不需要建立DRB承載，沒有用戶面處理

25、。CP方案在UE和eNodeB間不需要啟動安全功能，空口數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩杂蒒AS層負責。因此空口協(xié)議棧中沒有PDCP層，RLC層與RRC層直接交互。上行數(shù)據(jù)在上行RRC消息包含的NAS消息中攜帶，下行數(shù)據(jù)在下行RRC消息包含的NAS消息中攜帶。3.3.2 UP方案的控制面協(xié)議棧上下行數(shù)據(jù)通過DRB承載攜帶，需要啟用空口協(xié)議棧中PDCP層提供AS層安全模式。2.4 狀態(tài)轉(zhuǎn)換Connected(連接態(tài))：模塊注冊入網(wǎng)后處于該狀態(tài)，可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，無數(shù)據(jù)交互超過一段時間后會進入Idle模式，時間可配置。Idle(空閑態(tài))：可收發(fā)數(shù)據(jù)，且接收下行數(shù)據(jù)會進入Connected狀態(tài)，無數(shù)據(jù)交互超過一段

26、時會進入PSM模式，時間可配置。PSM(節(jié)能模式)：此模式下終端關(guān)閉收發(fā)信號機，不監(jiān)聽無線側(cè)的尋呼，因此雖然依舊注冊在網(wǎng)絡(luò)，但信令不可達，無法收到下行數(shù)據(jù)，功率很小。持續(xù)時間由核心網(wǎng)配置(T3412)，有上行數(shù)據(jù)需要傳輸或TAU周期結(jié)束時會進入Connected態(tài)。NB-IoT三種工作狀態(tài)一般情況的轉(zhuǎn)換過程可以總結(jié)如下：終端發(fā)送數(shù)據(jù)完畢處于Connected態(tài)，啟動“不活動計時器”，默認20秒，可配置范圍為1s3600s；“不活動計時器”超時，終端進入Idle態(tài)，啟動及或定時器(Active-Timer【T3324】)，超時時間配置范圍為2秒186分鐘；Active-Timer超時，終端進入P

27、SM狀態(tài)，TAU周期結(jié)束時進入Connected態(tài)，TAU周期【T3412】配置范圍為54分鐘310小時?！綪S：TAU周期指的是從Idle開始到PSM模式結(jié)束】1、NB-IoT發(fā)送數(shù)據(jù)時處于激活態(tài)，在超過“不活動計數(shù)器”配置的超時時間后，會進入Idle空閑態(tài)；2、空閑態(tài)引入了eDRX機制，在一個完整的Idle過程中，包含了若干個eDRX周期，eDRX周期可以通過定時器配置，范圍為20.48秒2.92小時，而每個eDRX周期中又包含了若干個DRX尋呼周期；3、若干個DRX尋呼周期組成一個尋呼時間窗口(PTW)，尋呼時間窗口可由定時器設(shè)置，范圍為2.56s40.96s，取值大小決定了窗口的大小和

28、尋呼的次數(shù)；4、在Active Timer超時后，NB-IoT終端由空閑態(tài)進入PSM態(tài)，在此狀態(tài)中，終端不進行尋呼，不接受下行數(shù)據(jù)，處于休眠狀態(tài)；5、TAU Timer從終端進入空閑態(tài)時便開始計時，當計時器超時后終端會從PSM狀態(tài)退出，發(fā)起TAU操作，回到激活態(tài)（對應(yīng)圖中）；6、當終端處于PSM態(tài)時，也可以通過主動發(fā)送上行數(shù)據(jù)令終端回到激活態(tài)（對應(yīng)圖中）。4.信令流程NB-IoT UE可以支持所有需要的EPS流程，比如：ATTACH、DETACH、TAU、MO Data Transport及MT Data Transport，當然，EPS流程又必須跟無線的RRC流程耦合在一起。下面主要講MO

29、Data Transport流程，這將是NB中的主要業(yè)務(wù)形式，它又分為兩種形式，一個是CP方案，也就是Data over NAS，另外一個是UP方案，也就是Data over User Plane。Data over NAS是用控制面消息傳遞用戶數(shù)據(jù)的方法。目的是為了減少UE接入過程中的空口消息交互次數(shù)，節(jié)省UE傳輸數(shù)據(jù)的耗電。4.1 CP傳輸方案端到端信令流程Data over NAS的E2E的MO流程如下（參見3GPP TS 23401）。步驟0：UE已經(jīng)EPS attached，當前為ECM-Idle狀態(tài)。步驟1-2：UE建立RRC連接，在NAS消息中發(fā)送已加密和完整性保護的上行數(shù)據(jù)。U

30、E在NAS消息中可包含Release Assistance Information，指示在上行數(shù)據(jù)傳輸之后是否有下行數(shù)據(jù)傳輸（比如，UL數(shù)據(jù)的Ack或響應(yīng)）。如果有下行數(shù)據(jù)，MME在收到DL data后釋放S1連接。如果沒有下行數(shù)據(jù)，MME將數(shù)據(jù)傳輸給SGW后就立即釋放連接。步驟3：MME檢查NAS消息的完整性，然后解密數(shù)據(jù)。在這一步，MME還會確定使用SGi或SCEF方式傳輸數(shù)據(jù)。步驟4：MME發(fā)送Modify Bearer Request消息提供MME的下行傳輸?shù)刂方oSGW，SGW現(xiàn)在可以經(jīng)過MME傳輸下行數(shù)據(jù)給UE。步驟5-6：如果RAT type有變化，或者消息中攜帶有UE's

31、 Location 等，SGW會發(fā)送Modify Bearer Request message (RAT Type)給PGW。該消息也可觸發(fā)PGW charging。步驟7：SGW在響應(yīng)消息中給MME提供上行傳輸?shù)腟GW地址和TEID。步驟8：MME將上行數(shù)據(jù)經(jīng)SGW發(fā)送給PGW。步驟9：如果在步驟1的Release Assistance Information中沒有下行數(shù)據(jù)指示，MME將UL data發(fā)送給PGW后，立即釋放連接，執(zhí)行步驟14。否則，進行下行數(shù)據(jù)傳輸。如果沒接收到數(shù)據(jù)，則跳過步驟11-13進行釋放。在RRC連接激活期間，UE還可在NAS消息中發(fā)送UL數(shù)據(jù)（圖中未顯示）。在任何

32、時候，UE在UL data中都可攜帶Release Assistance Information。步驟10：MME接收到DL數(shù)據(jù)后，會進行加密和完整性保護。步驟11：如果有DL data，MME會在NAS消息中下發(fā)給eNB。如果UL data有Release Assistance Information指示有DL數(shù)據(jù)，MME還會馬上發(fā)起S1釋放。步驟12：eNB將NAS data下發(fā)給UE。如果馬上又收到MME的S1釋放，則在NAS data下發(fā)完成后進入步驟14釋放RRC連接。步驟13：如果NAS傳輸有一段時間沒活動，eNB則進入步驟14啟動S1釋放。步驟14：S1釋放流程。4.2 RRC連

33、接建立過程NB-IoT UU口消息大都重新進行了定義，雖和LTE名稱類似，但是簡化了消息內(nèi)容。NB-IoT引入了一個新的信令承載SRB1bis。SRB1bis的LCID為3，和SRB1的配置相同，但是沒有PDCP實體。RRC連接建立過程創(chuàng)建SRB1的同時隱式創(chuàng)建SRB1bis。對于CP來說，只使用SRB1bis，因為SRB1bis沒有PDCP層，在RRC連接建立過程中不需要激活安全模式，SRB1bis不啟動PDCP層的加密和完整性保護。UE主動或者收到尋呼后被動發(fā)起RRC Connection Request-NB。RRC Connection Request-NB消息部分信元解析： 

34、;IE/Group NameValueSemantics   descriptionue-Identity-r13Random Value或s-TMSI用戶標識EstablishmentCause_r13NB-IoT支持四種連接建立原因：mt-Access、   mo-Signalling、mo-Data和 mo-Exception-Data。eNodeB向UE發(fā)送RRC Connection Setup-NB，只建立SRB1bis承載。eNodeB也可以向UE發(fā)送RRC Connection Reject-NB，拒絕UE連接建立請求，比如發(fā)生流控時。RRC連接建立成功后U

35、E向eNodeB回送RRC Connection Setup Complete-NB，消息中攜帶初始NAS專用信息。RRC Connection Setup Complete-NB消息信元解析：IE/Group NameSemantics   descriptions-TMSI-r13用于S1接口選擇。UP 時如果UE resume失敗后，UE將回落進行RRC連接建立，由于恢復請求消息MSG3中沒有s-TMSI，所以在MSG5中攜帶。up-CIoT-EPS-Optimisation-r13UE是否支持up-CIoT-EPS-Optimisation優(yōu)化，用于S1接口選擇。如果eNod

36、eB RRC Connection Setup Complete-NB消息中沒有攜帶up-CIoT-EPS-Optimisation-r13信元，則表明UE只支持CP，不支持UP。eNodeB可以選擇只支持CP（或者CP和UP都支持）的MME發(fā)送Initial Ue Message，消息中攜帶NAS等信息。與CP方案相比，UP方案支持NB-IoT業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過建立E-RAB承載后在用戶面User Plane上傳輸，無線側(cè)支持對信令和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行加密和完整性保護。此外，為了降低接入流程的信令開銷，滿足UE低功耗的要求，UP優(yōu)化傳輸支持釋放UE時，基站和UE可以掛起RRC連接，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)和UE側(cè)仍然保

37、存UE的上下文。當UE重新接入時，UE和基站能快速恢復 UE上下文，不用再經(jīng)過安全激活和RRC重配的流程，減少空口信令交互。4.3 UP傳輸方案端到端信令流程Data over User Plane的E2E的MO流程如下。步驟1-5：UE通過隨機接入并發(fā)起RRC連接建立請求與eNodeB建立RRC連接，UE是否支持UP傳輸?shù)哪芰νㄟ^在MSG5中攜帶up-CIoT-EPS-Optimisation信元通知基站，通過該信息幫助eNB選擇支持UP的MME。步驟6：eNodeB收到RRC Connection Setup Complete后，向MME發(fā)送Initial UE message消息，包含N

38、AS PDU、eNodeB的TAI信息和ECGI信息等。在這一步，MME還會確定是否使用SGi或SCEF方式傳輸數(shù)據(jù)。步驟7：MME向eNodeB發(fā)起上下文建立請求，UE和MME的傳輸模式協(xié)商結(jié)果通過S1消息INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST中的UE User Plane CIoT Support Indicator信元指示。eNB利用該指示判斷是否可以后續(xù)觸發(fā)對該UE上下文的掛起，如果核心網(wǎng)沒有帶UE User Plane CIoT Support Indicator信元，eNB只需支持正常的建立流程，數(shù)傳完成后直接釋放連接，不支持后續(xù)的用戶掛起。步驟8-9：激活PD

39、CP層安全機制，支持對空口加密和數(shù)據(jù)完整性保護。 步驟10-12：建立NB-IoT DRB承載，終端能支持0、1還是2條DRB的情況取決于UE的能力，該能力通過UEcapability-NB信元中的multipleDRB指示，NB-IoT DRB都僅支持NonGBR業(yè)務(wù)，并且沒有考慮對DRB QoS的支持。步驟13：MME發(fā)送Modify Bearer Request消息，提供eNodeB的下行傳輸?shù)刂方oSGW。SGW現(xiàn)在可以經(jīng)過eNodeB傳輸下行數(shù)據(jù)給UE。步驟14：SGW在響應(yīng)消息中給MME提供上行傳輸?shù)腟GW地址和TEID。步驟15-18：UE通過eNodeB將上行數(shù)據(jù)經(jīng)SGW發(fā)送給P

40、GW，PGW通過SGW將下行數(shù)據(jù)經(jīng)eNodeB發(fā)送給UE。 步驟19：如果UE持續(xù)有一段時間沒活動，則eNodeB啟動S1與RRC連接釋放或RRC連接掛起，eNodeB向MME發(fā)送釋放請求消息。步驟20：MME發(fā)送Release Access Bearers Request釋放SGW上的連接。步驟21：SGW釋放連接后，響應(yīng)Release Access Bearers Response。步驟22：MME釋放S1連接，向eNodeB發(fā)送S1 UE Context Release Command (Cause) message。 步驟23：eNodeB向UE發(fā)送RRC連接釋放。步驟24：eNode

41、B給MME回復釋放完成。eNodeB可在消息中攜帶Recommended Cells And ENBs，MME會保存起來，在尋呼時使用。4.4 RRC掛起流程（Suspend Connection procedure）考慮到在用戶面承載建立/釋放過程中的信令開銷，對NB-IoT小數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)來說，顯得效率很低。因此UP模式增加了一個新的重要流程，RRC連接掛起和恢復流程。即UE在無數(shù)據(jù)傳輸時，RRC連接并不直接釋放，而是eNB緩存UE的AS上下行信息，釋放RRC連接，使UE進入了掛起狀態(tài)（Suspend）。這個過程也稱為AS上下文緩存。eNodeB在釋放時通知MME、UE進行Suspend，MM

42、E進入ECM-IDLE，eNodeB從RRC-CONNECTED進入RRC-IDLE，UE進入RRC-IDLE和ECM-IDLE狀態(tài)。雖然UE緩存了上下文信息，但是UE仍然是進入了IDLE態(tài)的，但是離真正的IDLE態(tài)又有距離，沒有斷的那么徹底，可以說這是IDLE態(tài)的一個子態(tài)（Idle-Suspend）。這三種狀態(tài)的關(guān)系可以通過下圖來理解：4.5 RRC恢復流程（Resume Connection procedure）» 用戶發(fā)起主叫業(yè)務(wù)時：UE在MSG3時通過RRC Connection Resume Request消息通知eNodeB退出RRC-IDLE狀態(tài)，eNodeB激活MME

43、進入 ECM-CONNECTED»用戶進行被叫業(yè)務(wù)：RRC狀態(tài)喚醒與主叫業(yè)務(wù)流程一樣» 當跨小區(qū)Resume時候，eNB將根據(jù)ResumeID來查找原小區(qū)（ResumeID低20bit是UE CONTEXT ID，高20bit是eNB ID）4.6 CP/UP方案網(wǎng)絡(luò)協(xié)商流程步驟1：NB-IoT UE在Attach Request消息中攜帶Preferred Network behavior信元，該信元用于表示終端所支持和偏好的CIoT優(yōu)化方案：是否支持CP傳輸、UP傳輸和正常S1-U傳輸，是偏向于CP傳輸還是UP傳輸。當UE要進行non-IP傳輸時，PDN type可設(shè)置

44、為non-IP。當UE要進行SMS傳輸時，在Preferred Network behavior中設(shè)置“SMS transfer without Combined Attach”標志。如果Attach Request中沒有攜帶ESM message container，MME在Attach流程中不會建立PDN連接。這種情況下6、12到16、21到24不會被執(zhí)行。在NB-IoT RAT下，UE不能發(fā)起Emergency Attach。步驟2：eNB根據(jù)RRC參數(shù)中攜帶的GUMMEI、selected Network和RAT（NB-IoT或LTE）等信息選擇MME。 步驟12：MME在向SGW創(chuàng)建

45、會話上下文時，會將RAT type (NB-IoT or LTE)傳遞給SGW。步驟15：在PGW返回創(chuàng)建會話響應(yīng)時，如果PDN type是Non IP，PGW只能接受或拒絕，不能修改為其他類型。 步驟17：MME使用S1-AP Downlink NAS transport message發(fā)送Attach Accept給eNB，消息中攜帶有Supported Network Behaviour，指示它所支持和偏好的CIoT優(yōu)化方案。如果Attach Request中沒有攜帶ESM message container，Attach Accept消息不會包含PDN相關(guān)參數(shù)。5.覆蓋優(yōu)化5.1 弱覆

46、蓋 RSRP<-84dBm（當前移動集團給的門限值，具體門限參考運營商要求），持續(xù)20秒70%的采樣點小于該門限 Ø 5.2 SINR差 每一個SINR<-3（具體門限參考運營商要求），持續(xù)20秒70%采樣點小于該門限 Ø 5.3 重疊覆蓋問題點 重疊覆蓋定義：主服務(wù)小區(qū)和鄰區(qū)差值在6dB以內(nèi)的小區(qū)數(shù)大等于4個（移動目前要求4個，聯(lián)通要求3個） 5.4 覆蓋指標要求:指標項 目標基準綜合覆蓋率RSRP>=-84&SINR>=-3占比>95%

47、0;平均SINR（dB） >6 平均小區(qū)重選時長<1s重疊覆蓋率5%10%6.重選優(yōu)化NB-IOT支持：1、 空閑態(tài)同頻、異頻小區(qū)重選2、 重定向NB-IOT不支持：1、 空閑態(tài)異系統(tǒng)重選2、 連接態(tài)切換重選時間超過2s，甚至拖死為重選問題，重選時支持最多測量6個小區(qū)，當前只有滿足同頻/異頻測量規(guī)則時，才對鄰區(qū)進行測量與鄰區(qū)測量信息顯示，而不會實時對鄰區(qū)進行測量與顯示。系統(tǒng)消息3下發(fā)重選門限參數(shù)： 重選優(yōu)先級參數(shù)名稱總體概述單個參數(shù)解釋同優(yōu)先級同頻測量啟動門限(2分貝) = 21S小于-82開啟測量；鄰區(qū)大于4DB開始重選RSRP達到-82開啟測量（62-21）

48、*2=82；62是最小接入電平小區(qū)重選遲滯值(分貝) = 4dB*0.5遲滯4DB進行切換最低接收電平(2毫瓦分貝) = -62本到-82開啟測量，鄰區(qū)大于本小區(qū)4DB開始重選。高優(yōu)先級一直測量一直測量，鄰區(qū)大于-102開始重選一直測量異頻頻點高優(yōu)先級重選門限(2分貝) = 11鄰區(qū)達到-102開始重選最低接收電平(2毫瓦分貝) = -62（-62+11）*2=-102低優(yōu)先級異頻頻點低優(yōu)先級重選門限(2分貝) = 11S小于-110開啟測量；本小區(qū)小于-124，鄰區(qū)大-102開始重選（-62+11）*2=-102；鄰區(qū)需大于-102最低接收電平(2毫瓦分貝) = -62服務(wù)頻點低優(yōu)先級重選門

49、限(2分貝) = 0（0-62）*2=-124；本小區(qū)小于-124最低接收電平(2毫瓦分貝) = -62異頻/異系統(tǒng)測量啟動門限(2分貝) = 7（7-62）*2=110；本小于-110才開始測量6.1 重選時延統(tǒng)計方法：起始： RRC_DBG_READING_SIBS_FOR_NCELL  結(jié)束： LL1_SIB1_DATA_IND 6.2 判斷小區(qū)重選是否成功：過濾RRC_DBG_IDLE_RESELECTING_TO_CELL，如果看到這條log并且觀察UE選到了不同的PCI說明小區(qū)重選成功；6.3 重選成功率統(tǒng)計：RRC_DBG_REA

50、DING_SIBS_FOR_NCELL重選次數(shù) RRC_DBG_IDLE_RESELECTING_TO_CELL重選成功次數(shù)6.4 脫網(wǎng)重搜時延統(tǒng)計：統(tǒng)計從源小區(qū)LL1_OUT_OF_SYNC_IND 消息到目的小區(qū) RRC Connection Setup Complete 消息的時間；7. 參數(shù)優(yōu)化：覆蓋等級門限1、參數(shù)描述該參數(shù)為 NB-IoT 小區(qū)的覆蓋等級使能開關(guān)，通過開關(guān)設(shè)置NB-IoT 小區(qū)最大可支持 3 個覆蓋等級，分別對應(yīng) 0dB、10dB 和 20dB的覆蓋增強。2、設(shè)置建議建議 NB-IoT 小區(qū)開啟三個覆蓋等級（CoverageL

51、evelType），即覆蓋等級 0、1、2 三個參數(shù)均應(yīng)設(shè)置為 1 或開啟。SIB1 重復次數(shù)1、參數(shù)描述該參數(shù)表示 NB-IoT 小區(qū) SIB1 消息周期內(nèi)的重復次數(shù)。SIB1 重復次數(shù)越大，SIB1 消息的解調(diào)正確率越高，搜網(wǎng)時延越小，但消耗的時域資源越大；反之解調(diào)正確率越低，搜網(wǎng)時延越大。2、設(shè)置建議3GPP 協(xié)議定義的該項參數(shù)名稱為“schedulingInfoSIB1-r13”。該參數(shù)建議設(shè)置為 16 次。SIB2 周期1、參數(shù)描述該參數(shù)表示NB-IoT小區(qū)SIB2消息的傳輸周期。該參數(shù)設(shè)置越大，單位時間內(nèi)的傳輸次數(shù)越少、系統(tǒng)資源占用越少，但可能導致終端讀取該系統(tǒng)消息塊的時延增大；該

52、參數(shù)配置越小則效果相反。2、設(shè)置建議該參數(shù)建議設(shè)置為 RF512(512 無線幀)。同頻重選測量門限配置標示1、參數(shù)描述該參數(shù)相當于一個開關(guān)使能，表示是否配置同頻測量門限。如果取值為“是”，則為終端配置同頻測量門限，由終端根據(jù)門限判斷是否進行同頻測量，具體描述見 TS 36.304。2、設(shè)置建議該參數(shù)建議設(shè)置為“是”。同頻小區(qū)重選指示1、參數(shù)描述該參數(shù)表示當最高等級的小區(qū)被禁止或者最高等級的小區(qū)被終端視為禁止時，是否允許 NB-IoT 終端重選與本小區(qū)同頻的鄰區(qū)。2、設(shè)置建議該參數(shù)建議設(shè)置為“允許同頻重選”的模式。加密算法優(yōu)先級1、參數(shù)描述空口接入層（AS）加密算法主要確保 NB-IoT 終端與系統(tǒng)間實現(xiàn)密鑰握手、數(shù)據(jù)加密。該參數(shù)定義了接入層可供使用（協(xié)商）的加密算法優(yōu)先級序列（從高到低）。加密算法共四種：AES、Snow 3G