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1、NB-IOT技术及优化目录1.NB-IOT关键技术51.1 强覆盖：51.2 低成本：51.3 小功耗：71.4 大连接：82.NB-IOT帧结构92.1 下行物理层结构92.2 上行物理层结构102.3 上行资源单元RU113.NB-IOT网络架构123.1 CP和UP传输方案133.2 CP和UP方案传输路径对比143.3 CP和UP协议栈对比143.3.1 CP方案的控制面协议栈143.3.2 UP方案的控制面协议栈152.4 状态转换154.信令流程184.1 CP传输方案端到端信令流程184.2 RRC连接建立过程204.3 UP传输方案端到端信令流程224.4 RRC挂起流程（Su
2、spend Connection procedure）244.5 RRC恢复流程（Resume Connection procedure）254.6 CP/UP方案网络协商流程265.覆盖优化285.1 弱覆盖285.2 SINR差285.3 重叠覆盖问题点285.4 覆盖指标要求:286.重选优化286.1 重选时延统计方法：296.2 判断小区重选是否成功：296.3 重选成功率统计：296.4 脱网重搜时延统计：297. 参数优化：30覆盖等级门限30SIB1 重复次数30SIB2 周期30同频重选测量门限配置标示31同频小区重选指示31加密算法优先级31完整性保护算法优先级32MIB
3、和 SIB 加扰开关33eDRX开关33定时器 T30033定时器 T31034UE 不活动定时器341.NB-IOT关键技术NB-IOT属于LPWA技术的一种，它具备强覆盖、低成本、小功耗、大连接这四个关键特点。1.1 强覆盖：较GSM有20db增益，1、采用提升IOT终端的发射功率谱密度（PSD，Power spectral density ）；2、通过重复发送，获得时间分集增益，并采用低阶调制方式，提高解调性能，增强覆盖；3、天线分集增益，对于1T2R来说，比1T1R会有3db的增益。20db= 7db（功率谱密度提升）+ 12db（重传增益）+ 0-3db （多天线增益）1.2 低成本
4、：NB-IOT基于成本考虑，对FDD-LTE的全双工方式进行阉割，仅支持半双工。带来的好处当然是终端实现简单，影响是终端无法同时收发上下行，无法同时接收公共信息与用户信息。上行传输和下行传输在不同的载波频段上进行；基站/终端在不同的时间进行信道的发送/接收或者接收/发送 ；H-FDD与F-FDD的差别在于终端不允许同时进行信号的发送与接收，终端相对全双工FDD终端可以简化，只保留一套收发信机即可，从而节省双工器的成本；NB-IOT终端工作带宽仅为传统LTE的1个PRB带宽（180K），带宽小使得NB不需要复杂的均衡算法。带宽变小后，也间接导致原有宽带信道、物理层流程简化。下面仅粗略讲解，以后单
5、独成系列篇讲解物理层。下行取消了PCFICH、PHICH后将使得下行数据传输的流程与原LTE形成很大的区别，同样一旦上行取消了PUCCH，那么必然要解决上行控制消息如何反馈的问题，这也将与现网LTE有很大的不同。终端侧RF进行了阉割，主流NB终端支持1根天线（协议规定NRS支持1或者2天线端口）天线模式也就从原来的1T /2R变成了现在的1T/1R，天线本身复杂度，当然也包括天线算法都将有效降低FD全双工阉割为HD半双工，收发器从FDD-LTE的两套减少到只需要一套低采样率，低速率，可以使得缓存Flash/RAM要求小（28 kByte）低功耗，意味着RF设计要求低，小PA就能实现直接砍掉IM
6、S协议栈，这也就意味着NB将不支持语音（注意实际上eMTC是可以支持的）各层均进行优化PHY物理层：信道重新设计，降低基本信道的运算开销。比如PHY层取消了PCFICH、PHICH等信道，上行取消了PUCCH和SRS。 MAC层：协议栈优化，减少芯片协议栈处理流程的开销。 仅支持单进程HARQ（相比于LTE原有的最多支持8个进程process，NB仅支持单个进程。）； 不支持MAC层上行SR、SRS、CQI上报。没了CQI，LTE中的AMC（自适应调制编码技术）功能不可用 不支持非竞争性随机接入功能； 功控没有闭环功控了，只有开环功控（如果采用闭环功控，算法会麻烦得多，调度信令开销也会很大）。
7、RLC层：不支持RLC UM（这意味着没法支持VoLTE类似的语音）、TM模式（在LTE中走TM的系统消息，在NB中也必须走AM）；PDCP：PDCP的功能被大面积简化，原LTE中赋予的安全模式、RoHC压缩等功能直接被阉割掉；在RRC层：没有了mobility管理（NB将不支持切换）；新设计CP、UP方案简化RRC信令开销；增加了PSM、eDRX等功能减少耗电。1.3 小功耗：PSM技术原理，即在IDLE态下再新增加一个新的状态PSM（idle的子状态），在该状态下，终端射频关闭（进入冬眠状态，而以前的DRX状态是浅睡状态），相当于关机状态（但是核心网侧还保留用户上下文，用户进入空闲态/连接
8、态时无需再附着/PDN建立）。在PSM状态时，下行不可达，DDN到达MME后，MME通知SGW缓存用户下行数据并延迟触发寻呼；上行有数据/信令需要发送时，触发终端进入连接态。终端何时进入PSM状态，以及在PSM状态驻留的时长由核心网和终端协商。如果设备支持PSM（Power Saving Mode），在附着或TAU（Tracking Area Update）过程中，向网络申请一个激活定时器值。当设备从连接状态转移到空闲后，该定时器开始运行。当定时器终止，设备进入省电模式。进入省电模式后设备不再接收寻呼消息，看起来设备和网络失联，但设备仍然注册在网络中。UE进入PSM模式后，只有在UE需要发送M
9、O数据，或者周期TAU/RAU定时器超时后需要执行周期TAU/RAU时，才会退出PSM模式，TAU最大周期为310小时。eDRX(Extended DRX) DRX状态被分为空闲态和连接态两种，依次类推eDRX也可以分为空闲态eDRX和连接态的eDRX。不过在PSM中已经解释，IOT终端大部分呆在空闲态，所以咱们这里主要讲解空闲态eDRX的实现原理。eDRX作为Rel-13中新增的功能，主要思想即为支持更长周期的寻呼监听，从而达到节电目的。传统的2.56s的寻呼间隔对IOT终端的电量消耗较大，而在下行数据发送频率小时，通过核心网和终端的协商配合，终端跳过大部分的寻呼监听，从而达到省电的目的。1
10、.4 大连接：每个小区可达50K连接，这意味着在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50100倍的接入数。第一：NB的话务模型决定。NB-IoT的基站是基于物联网的模式进行设计的。它的话务模型是终端很多，但是每个终端发送的包小，发送包对时延的要求不敏感。基于NB-IoT，基于对业务时延不敏感，可以设计更多的用户接入，保存更多的用户上下文，这样可以让50k左右的终端同时在一个小区，大量终端处于休眠态，但是上下文信息由基站和核心网维持，一旦有数据发送，可以迅速进入激活态。第二：上行调度颗粒小，效率高。2G/3G/4G的调度颗粒较大，NB-IoT因为基于窄带，上行传输有两种带宽3.7
11、5KHz和15KHz可供选择，带宽越小，上行调度颗粒小很多，在同样的资源情况下，资源的利用率会更高。第三：减小空口信令开销，提升频谱效率。NB-IoT在做数据传输时所支持的CP方案（实际上NB还支持UP方案，不过目前系统主要支持CP方案）做对比来阐述NB是如何减小空口信令开销的。CP方案通过在NAS信令传递数据（DoNAS），实现空口信令交互减少，从而降低终端功耗，提升了频谱效率。2.NB-IOT帧结构2.1 下行物理层结构根据NB的系统需求，终端的下行射频接收带宽是180KHZ。由于下行采用15KHZ的子载波间隔，因此NB系统的下行多址方式、帧结构和物理资源单元等设计尽量沿用了原有LTE的设
12、计。频域上：NB占据180kHz带宽（1个RB），12个子载波（subcarrier），子载波间隔（subcarrier spacing）为15kHz。时域上：NB一个时隙（slot）长度为0.5ms，每个时隙中有7个符号（symbol）。NB基本调度单位为子帧，每个子帧1ms（2个slot），每个系统帧包含1024个子帧，每个超帧包含1024个系统帧（up to 3h）。这里解释下，不同于LTE，NB中引入了超帧的概念，原因就是eDRX为了进一步省电，扩展了寻呼周期，终端通过少接寻呼消息达到省电的目的。1个signal封装为1个symbol7个symbol封装为1个slot2个slot封装为
13、1个子帧10个子帧组合为1个无线帧1024个无线帧组成1个系统帧（LTE到此为止了）1024个系统帧组成1个超帧，over。这样计算下来，1024个超帧的总时间=(1024*1024*10)/(3600*1000)=2.9h.2.2 上行物理层结构频域上：占据180kHz带宽（1个RB），可支持2种子载波间隔：15kHz：最大可支持12个子载波：如果是15KHZ的话，那就真是可以洗洗睡了。因为帧结构将与LTE保持一致，只是频域调度的颗粒由原来的PRB变成了子载波。关于这种子帧结构不做细致讲解。 3.75kHz：最大可支持48个子载波：如果是3.75K的话，首先你得知道设计为3.75K的好处是哪
14、里。总体看来有两个好处，一是根据在NB-IOT强覆盖之降龙掌谈到的，3.75K相比15K将有相当大的功率谱密度PSD增益，这将转化为覆盖能力，二是在仅有的180KHZ的频谱资源里，将调度资源从原来的12个子载波扩展到48个子载波，能带来更灵活的调度。支持两种模式： Single Tone （1个用户使用1个载波，低速物联网应用，针对15K和3.75K的子载波都适用，特别适合IOT终端的低速应用）Multi-Tone （1个用户使用多个载波，高速物联网应用，仅针对15K子载波间隔。特别注意，如果终端支持Multi-Tone的话必须给网络上报终端支持的能力）时域上：基本时域资源单位都为Slot，对
15、于15kHz子载波间隔， 1 Slot=0.5ms，对于3.75kHz子载波间隔，1 Slot=2ms。2.3 上行资源单元RU对于NB来说，上行因为有两种不同的子载波间隔形式，其调度也存在非常大的不同。NB-IoT在上行中根据Subcarrier的数目分别制订了相对应的资源单位RU做为资源分配的基本单位。基本调度资源单位为RU（Resource Unit），各种场景下的RU持续时长、子载波有所不同。时域、频域两个域的资源组合后的调度单位才为RU。NPUSCH format子载波间隔子载波个数每RU Slot数每Slot持续时长（ms）每RU持续时长（ms）场景1（普通数传）3.75 kHz116232Single-Tone15 kHz1160.58384Multi-Tone64212212（UCI）3.75kHz1428
