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1、NB IoT系统概要介绍 目录 全球物联网布局已快速展开 未来每个物联网联接贡献的年收入将为27 8美元 是移动用户的1 410年内 物联网终端数量将达到移动通信用户的10倍以上 中国物联网也将同步快速发展 国际物联网产业生态布局已全面展开物联网应用呈突破趋势未来十年物联网终端数量预计在百亿量级物联网标准化持续推进各类无线连接技术标准不断演进 WiFi ZigBee Sigfox V2X NB IoT 人与人的通信数量接近饱和 传统2 3 4G网络并不满足物联网设备大连接 低功耗 低成本的要求 物联网 拥有巨大的潜力商业蓝海 物联需求存在 电信行业值得期待的新业务来源 数据来自 CAICT 单
2、位 亿 NB IoT是发展物联网的一个新契机 4 5GNB IoT NB IoT聚焦于低功耗广覆盖物联网市场 具有覆盖广 连接多 速率低 成本低 功耗少 架构优等特点 或许会成为终结碎片化 统一物联网产业的一个契机 典型应用场景 智能抄表 水 电 天然气 特点 终端位置固定 上行延时不敏感的小数据包业务类似场景 油井数据采集 秒级上报 最大包约3000bit 环境检测 火灾自动报警特点 终端位置固定 上行延时敏感的小数据包业务类似场景 燃气泄漏报警 电梯故障报警 老人急救 定位追踪特点 移动终端的上行小数据量业务 GPS定位类似场景 老人 幼儿实时定位 宠物追踪 物流追踪 120km h NB
3、 IoT NB IOT关键需求及性能指标 大连接 接入能力增强 低功耗 低成本设计 覆盖能力增强 大 低 强 室外大覆盖 室内穿透能力提升 比现有GPRS网络提升 20dB 支持海量的低吞吐量终端 每小区支持用户 5万 终端超低功耗低成本 5Wh的电池可供终端使用 10年 5万用户为小区内部署的终端数 并发用户数较少用户为小数据包且业务不频繁 100bit 3kbit 至多秒级 支持多载波 多频点小区 基于小区列表的寻呼优化上行的时延可放宽到10s以上 上行单子载波传输 支持更小的子载波间隔物理信道的重复发送基于覆盖等级的寻呼优化和随机接入 NB IoT的部署方案 Standalone优先 基
4、于LTE带外或GSM频段内选取200K作为主载波进行部署 上行功率谱密度比GSM最多提升16 8dB频带资源丰富 覆盖最好第一阶段 900MFDD部署 基于LTE保护带选取200K做主载波进行部署 暂无功率谱密度增益的评估结果频带资源少 覆盖一般基本不考虑 基于LTE带内选取200K作为主载波进行部署上行功率谱密度比LTE提升6dB频带资源丰富 覆盖较差商用后期可能考虑 部署方案 NB IoT测试需求 低功耗测试 a 需根据具体的业务类型构建贴近现实的功耗模型 b 终端电池自放电情况测试 c 在不同的环境条件及业务模型下终端整机耗电测试 d 为降低终端耗电所采用的终端休眠机制测试等 大容量测试
5、 远覆盖测试 a 在确定资源配置下支持同时接入的最大用户数目 b 基于给定上行业务模型的上行连接数目 容量极限测试 c 基于给定下行业务模型的下行连接数目 容量极限测试 d 基于给定上下行混合业务模型的连接数目 容量极限测试 a 下行信号强度 覆盖半径等下行覆盖的关键技术指标b 上行覆盖能力也对终端的射频发射功率 OTA 带外干扰等指标进行考察 c 测试在不同信道条件下的系统性能 地铁与地下室环境下 MCL 154dB 性能测试 室内或者楼梯间配电箱内条件下 144dB MCL 154dB 的性能测试 室外良好环境下 MCL 144dB 的性能测试 NB IoT网络架构 NB IOT网络主要增
6、加了业务能力开放单元 SCEF 用于控制面优化及非IP传输 MME和SCEF直接新增T6接口 HSS和SCEF之间新增S6t接口 新增第三方能力服务器 SCS 和第三方应用服务器 AS SCEF和SCS AS为非必须单元 可由PGW升级支持非IP传输 NB IoT协议栈架构 基于SGi的控制面优化 UE的IP数据 非IP数据封装在NAS数据包中 MME执行了NAS数据包到GTP U的转换 无SCEF单元 需要S P GW升级 NB IoT协议栈架构 基于T6的控制面优化 UE的IP数据 非IP数据封装在NAS数据包中 MME执行了NAS数据包到Diameter数据包的转换 MME和SCEF之间
7、无UDP数据传输 NB IoT物理层 空口方案 下行类似LTE 但是更简化 覆盖增强只靠重复发送 上行除了重复发送外 还引入更小的子载波间隔和单通道传输方式 NB IoT物理层 帧结构下行只有15kHz子载波间隔 帧结构与LTE一致上行帧结构与子载波间隔有关 15kHz帧结构与LTE一致 3 75kHz时隙拉长 NB IoT物理层上行 NB IoT的上行物理信道NB IoT不支持CSI上报 不支持SchedulingRequest上报不支持NPUSCH上业务数据与ACK NACK复用传输NB IoT的上行物理信号LTE 基于SRS进行TA调整 NB IoT 基于DMRS进行TA调整LTE 基于
8、SRS进行上行链路自适应 NB IoT 新算法LTE 基于SRS的波束赋型和AoA计算 NB IoT 不支持 NB IoTNPRACH LTEPRACH多子载波传输 中间6个PRB 子载波间隔为1 25kHzPreamble为正交的ZC序列 频域映射无跳频不支持重复发送 NB IoTNPRACH单子载波传输子载波间隔为3 75kHz使用全1序列 时域映射跳频传输覆盖增强 支持重复发送 基站通过SIB2广播配置最多三组重复等级以及每组重复等级的RSRP门限 终端根据RSRP门限选择合适的重复等级进行随机接入R13NB IoT只支持竞争的随机接入 过程与LTE相同 NB IoTNPUSCHform
9、at1 用于传输上行业务数据的物理信道仅支持RV0和RV2两种冗余版本帧结构 resourceunit长度 调制方式都与传输方式有关 支持跨resourceunit的TB映射重复发送 cyclicrepetition 最大重复次数128 基站调度子载波间隔不同的UE在一个上行子帧进行传输时会产生互干扰 NB IoTNPUSCHformat2 仅用来进行NPDSCH的ACK NACK反馈的物理信道与NPUSCHformat1是完全不同的物理信道 不支持两种物理信道的单子帧复用传输重复次数由RRC信令准静态配置 NB IoT物理层下行 协议规定的物理信道没有REG概念不支持NPDSCH与NPDCC
10、H在同子帧上时分复用只支持单端口 双端口SFBC 要求所有下行物理信道使用相同传输模式协议规定的物理信号 NPBCH NPBCH与LTEPBCH的主要区别 NPBCH的周期拉长为640ms LTE为40ms MIBpayloadbit增至34bit LTE24bit 引入了重复发送的机制 通过NB MIB主要指示 部署模式系统帧号SIB1的调度信息系统信息valuetag NPDSCH 与LTEPDSCH相比 NB IoT下行设计主要考虑降低终端处理的复杂度 以及覆盖增强支持跨子帧的TB映射 NPDCCH NPDCCH与LTEPDCCH的主要区别不定义REG CCE由时频两维资源定义 只支持聚
11、合等级1和2不支持NPDCCH与NPDSCH的频分复用传输引入重复发送 onlyforAL 2 次数1 2048 NPDCCH1 NPDCCH2 AL 1 单子帧最多调度2个UE NPDCCH1 下行单子帧 NPDCCH DCIN0 上行调度授权 NPUSCH 调度延时 重复次数 MCS 单次传输RU数 子载波 newdataindicator 冗余版本NPDCCH 重复次数DCIN1 下行调度授权及PDCCHorder触发的随机接入 NPDSCH forDLgrant 调度延时 重复次数 MCS 单次传输PRB数 newdataindicator HARQ ACK反馈资源 子载波与传输延时
12、NPDCCH forDLgrant 重复次数NPRACH forNPDCCHorder 重复次数DCIN2 寻呼消息调度 通知系统信息变更 NPDSCH forpaging 重复次数 MCS 单次传输PRB数NPDCCH forpaging 重复次数Directioninformation 系统信息更新域 下行物理信号 NSSS 用于精同步和承载NPCI长ZC序列 132长 子帧9发送 隔帧发送 L2概述 PDCP层变化 L2概述 RLC层变化 L2概述 MAC层变化 随机接入 随机接入过程 仅支持基于竞争的随机接入 接入过程继承LTE 提供BSR上报 时间同步 功率调整和PHR上报等功能 调
13、度 下行GAP引入 GAP配置 当覆盖路损较大或者覆盖半径较大时 对处于小区边缘或者路损较大的UE的数据传输需要更大的重复次数 即一次数据传输会持续很长时间 在这种情况下需要对该UE配置下行GAP 上行GAP为固定值 X门限 Y间隔 以便给其他处于好点的UE提供调度资源 并给该UE提供下行时频资源同步的机会 dlGap Anchor dlGap Additional dlGap Threshold n32 n64 n128 n256 dlGap Periodicity sf64 sf128 sf256 sf512 dlGap DurationCoeff oneFourth oneEighth
14、threeEighth oneHalf 调度 上行GAP引入 GAP配置 调度 调度影响性因素分析 NPDSCH和NPUSCH中的TB占用的时域长度是可变的 NPDCCH与NPDSCH和NPUSCH只能时分复用 UE单双工通信的影响 同步信号 广播信息对资源的影响 NPDSCH NPUSCH与NPDCCH存在时延 eNB只能调度当前子帧的NPDCCH 同时确定之后一段时间的NPDSCH NPUSCH 在调度NNPDSCH的同时需要考虑其上行反馈NPUSCHformat2的调度信息 大重复次数对多UE调度的资源分配的影响 数据业务的大重复次数对Paging时机的影响 大重复次数下引入GAP的影响
15、 总体调度过程 HL概述 HL变化 广覆盖 大连接 低功耗 低成本 EUTRA优化 HL变化内容 EPS优化 UE对小区的选择需要同时满足Srxlev 0 RSRP ANDSqual 0 RSRQ 支持小区同频和异频重选 不区分频点优先级 按RSRP的rank排序同频小区支持配置个性偏移 异频小区不支持配置个性偏移不支持异系统测量 支持RLF 无线链路失败 检测 连接态 移动性管理 IDLE态 CP模式的SRB1bis nopdcp 和UP模式SBR1 normalpdcp 使用不同的逻辑通道IDRRC连接建立请求增加UE是否支持multitone和multiPRB的字段RRC连接建立取消紧急
16、呼叫 高优先级接入的cause 增加异常上报RRC连接reject中WaitTime扩大取值范围 支持小区reserve和小区Bar支持分PLMN的AC接入控制 不区分MoData和MoSignal 接入控制 信令增强 接入控制 信令增强 NB IoT支持功能为 Networksharing upto6PLMNs Accesscontrol perPLMN Cellbarringandcellreservation Differentiationinaccessofexceptionalreportingandnormalreporting Intra frequencyandinter frequencycellreselection PowerSavingMode IdlemodeDRXwithDRXcyclevaluesinthe normal rangeandineDRXrange In orderdelivery Positioning NB IoT不支持的功能为 Inter RATcellreselectionorinter RATmobilityinconnectedmo
