NB-IOT技术及优化 本文简介：
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123.1CP和UP传输方案133.2CP和UP方案传输路径对比
NB-IOT技术及优化 本文内容：
NB-IOT技术及优化目录
1.NB-IOT关键技术
5
1.1
强覆盖：
5
1.2
低成本：
5
1.3
小功耗：
7
1.4
大连接：
8
2.NB-IOT帧结构
9
2.1
下行物理层结构
9
2.2
上行物理层结构
10
2.3
上行资源单元RU
11
3.NB-IOT网络架构
12
3.1
CP和UP传输方案
13
3.2
CP和UP方案传输路径对比
14
3.3
CP和UP协议栈对比
14
3.3.1
CP方案的控制面协议栈
14
3.3.2
UP方案的控制面协议栈
15
2.4
状态转换
15
4.信令流程
18
4.1
CP传输方案端到端信令流程
18
4.2
RRC连接建立过程
20
4.3
UP传输方案端到端信令流程
22
4.4
RRC挂起流程（Suspend
Connection
procedure）
24
4.5
RRC恢复流程（Resume
Connection
procedure）
25
4.6
CP/UP方案网络协商流程
26
5.覆盖优化
28
5.1
弱覆盖
28
5.2
SINR差
28
5.3
重叠覆盖问题点
28
5.4
覆盖指标要求:
28
6.重选优化
28
6.1
重选时延统计方法：
29
6.2
判断小区重选是否成功：
29
6.3
重选成功率统计：
29
6.4
脱网重搜时延统计：
29
7.
参数优化：
30
覆盖等级门限
30
SIB1
重复次数
30
SIB2
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
32
MIB
和
SIB
加扰开关
33
eDRX开关
33
定时器
T300
33
定时器
T310
34
UE
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：
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IMS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）。
?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MO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。
1.4
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50~100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3.75KHz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symbol
7个symbol封装为1个slot
2个slot封装为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
kHz
1
16
2
32
Single-Tone
15
kHz
1
16
0.5
8
3
8
4
Multi-Tone
6
4
2
12
2
1
2（UCI）
3.75kHz
1
4
2
8
Single-Tone
15kHz
1
4
0.5
2
NPUSCH根据用途被划分为了
Format
1和Format
2.其中Format
1主要用来传普通数据.，类似于LTE中的PUSCH信道，而Format
2资源主要用来传UCI，类似于LTE中的PUCCH信道（其中一个功能）。
3.75KHz
Subcarrier
Spacing只支持单频传输，而15KHz
Subcarrier
Spacing既支持单频又支持多频传输。
对Fomat1而言，3.75KHz
Subcarrier
Spacing的资源单位的带宽为一个Subcarrier，时间长度是16个Slot，也就是32ms长，而15KHz
Subcarrier
Spacing单频传输，带宽为1个Subcarrier的资源单位有16个Slot的时间长度，即8ms。从上可以看出，实际上Format
1两种单频传输占用的时频资源的总和是一样的。对于15KHzSubcarrier
Spacing多频传输来说，共计有三种情况，实际上这三种情况最终占用的时频资源的总和也是一样的。另外，12个Subcarrier的资源单位则有2个Slot的时间长度，即1ms，此资源单位即是LTE系统中的一个Subframe。
对Fomat2而言，仅仅支持单频传输，3.75KHzSubcarrier
Spacing的资源单位和15KHzSubcarrier
Spacing资源单位占用的时频资源的总和也是一样的。
2.3
系统消息
系统信息MIB-NB(Narrowband
Master
Information
Block)承载于周期640ms之周期性出现的NPBCH(Narrowband
Physical
BroadcastChannel)中，其余系统信息如SIB1-NB(Narrowband
System
InformationBlock
Type1)等则承载于NPDSCH中。SIB1-NB为周期性出现，其余系统信息则由SIB1-NB中所带的排程信息做排程。SIB-IOT
NB-IoT共有以下几种SIB-NB:
SIB1-NB：存取有关之信息与其他系统信息方块排程
SIB2-NB：无线资源分配信息
SIB3-NB：Cell
Re-selection信息
SIB4-NB：Intra-frequency的邻近Cell相关信息
SIB5-NB：Inter-frequency的邻近Cell相关信息
SIB14-NB：存取禁止(Access
Barring)
SIB16-NB：GPS时间/世界标准时间(Coordinated
Universal
Time,
UTC)信息
Cell
Reselection与闲置模式运作
3.NB-IOT网络架构
NB-IoT的引入，给LTE/EPC网络带来了很大的改进要求。传统的LTE网络的设计，主要是为了适应宽带移动互联网的需求，即为用户提供高带宽、高响应速度的上网体验。但是，NB却具有显著的区别：终端数量众多、终端节能要求高（现有LTE信令流程可能导致终端耗能高）、以小包收发为主（会导致网络信令开销远远大于数据载荷传输本身大小）、可能有非格式化的Non-IP数据（无法直接传输）等。
?NB-IoT终端：通过空口连接到基站。
?eNodeB：主要承担空口接入处理，小区管理等相关功能，并通过S1-lite接口与IoT核心网进行连接，将非接入层数据转发给高层网元处理。这里需要注意，NB-IoT可以独立组网，也可以与EUTRAN融合组网（在讲双工方式的时候谈到过，NB仅能支持FDD哦，所以这里必定跟FDD融合组网）
?IoT核心网：承担与终端非接入层交互的功能，并将IoT业务相关数据转发到IoT平台进行处理。同理，这里可以NB独立组网，也可以与LTE共用核心网。
?IoT平台：汇聚从各种接入网得到的IoT数据，并根据不同类型转发至相应的业务应用器进行处理。
?
应用服务器：是IoT数据的最终汇聚点，根据客户的需求进行数据处理等操作。
3.1
CP和UP传输方案
为了适配NB-IoT的数据传输特性，协议上引入了CP和UP两种优化传输方案，即control
plane
CIoT
EPS
optimization和user
plane
CIoT
EPS
optimization。CP方案通过在NAS信令传递数据，UP方案引入RRC
Suspend/Resume流程，均能实现空口信令交互减少，从而降低终端功耗。
需要说明的是CP方案又称为Data
over
NAS，UP方案又称为Data
over
User
Plane。
将以上总体架构图进行细化，如下：
1)SCEF称为服务能力开放平台，为新引入网元。
2)
在实际网络部署时，为了减少物理网元的数量，可以将部分核心网网元（如MME、SGW、PGW）合一部署，称为CIoT服务网关节点C-SGN，如虚框中所示。从这里也可以看出，PGW可以合设，也可以集成到C-SGN中来，图中标示的为PGW单独设置。
3)
Control
plane
CIoT
EPS
optimization不需要建立数据无线承载DRB，直接通过控制平面高效传送用户数据（IP和non-IP）和SMS。NB-IoT必须支持CP方案，小数据包通过NAS信令随路传输至MME，然后发往T6a或S11接口。
这里实际上得出在CP传输模式下，有两种传输路径，梳理如下：
?
UE—MME—SCEF—CIoT
Services
；
?
UE—MME—SGW/PGW
—CIoT
Services。
4)user
plane
CIoT
EPS
optimization，通过新定义的挂起和恢复流程，使得UE不需要发起service
request过程就能够从EMM-IDLE状态迁移到EMM-CONNECTED状态，(相应地RRC状态从IDLE转为CONNECTED)，从而节省相关空口资源和信令开销。这里分两层意思：一是UP方式需要建立数据面承载S1-U和DRB（类似于LTE），小数据报文通过用户面直接进行传输；二是在无数据传输时，UE/eNodeB/
MME中该用户的上下文挂起暂存，有数据传输时快速恢复。
3.2
CP和UP方案传输路径对比
3.3
CP和UP协议栈对比
3.3.1
CP方案的控制面协议栈
UE和eNodeB间不需要建立DRB承载，没有用户面处理。
CP方案在UE和eNodeB间不需要启动安全功能，空口数据传输的安全性由NAS层负责。因此空口协议栈中没有PDCP层，RLC层与RRC层直接交互。上行数据在上行RRC消息包含的NAS消息中携带，下行数据在下行RRC消息包含的NAS消息中携带。
3.3.2
UP方案的控制面协议栈
上下行数据通过DRB承载携带，需要启用空口协议栈中PDCP层提供AS层安全模式。
2.4
状态转换
Connected(连接态)：
模块注册入网后处于该状态，可以发送和接收数据，无数据交互超过一段时间后会进入Idle模式，时间可配置。
Idle(空闲态)：
可收发数据，且接收下行数据会进入Connected状态，无数据交互超过一段时会进入PSM模式，时间可配置。
PSM(节能模式)：
此模式下终端关闭收发信号机，不监听无线侧的寻呼，因此虽然依旧注册在网络，但信令不可达，无法收到下行数据，功率很小。
持续时间由核心网配置(T3412)，有上行数据需要传输或TAU周期结束时会进入Connected态。
NB-IoT三种工作状态一般情况的转换过程可以总结如下：
①终端发送数据完毕处于Connected态，启动“不活动计时器”，默认20秒，可配置范围为1s~3600s；
②“不活动计时器”超时，终端进入Idle态，启动及或定时器(Active-Timer【T3324】)，超时时间配置范围为2秒~186分钟；
③Active-Timer超时，终端进入PSM状态，TAU周期结束时进入Connected态，TAU周期【T3412】配置范围为54分钟~310小时。
【PS：TAU周期指的是从Idle开始到PSM模式结束】
1、NB-IoT发送数据时处于激活态，在超过“不活动计数器”配置的超时时间后，会进入Idle空闲态；
2、空闲态引入了eDRX机制，在一个完整的Idle过程中，包含了若干个eDRX周期，eDRX周期可以通过定时器配置，范围为20.48秒~2.92小时，而每个eDRX周期中又包含了若干个DRX寻呼周期；
3、若干个DRX寻呼周期组成一个寻呼时间窗口(PTW)，寻呼时间窗口可由定时器设置，范围为2.56s~40.96s，取值大小决定了窗口的大小和寻呼的次数；
4、在Active
Timer超时后，NB-IoT终端由空闲态进入PSM态，在此状态中，终端不进行寻呼，不接受下行数据，处于休眠状态；
5、TAU
Timer从终端进入空闲态时便开始计时，当计时器超时后终端会从PSM状态退出，发起TAU操作，回到激活态（对应图中①）；
6、当终端处于PSM态时，也可以通过主动发送上行数据令终端回到激活态（对应图中②）。
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，当然，EPS流程又必须跟无线的RRC流程耦合在一起。下面主要讲MO
Data
Transport流程，这将是NB中的主要业务形式，它又分为两种形式，一个是CP方案，也就是Data
over
NAS，另外一个是UP方案，也就是Data
over
User
Plane。
Data
over
NAS是用控制面消息传递用户数据的方法。目的是为了减少UE接入过程中的空口消息交互次数，节省UE传输数据的耗电。
4.1
CP传输方案端到端信令流程
Data
over
NAS的E2E的MO流程如下（参见3GPP
TS
23401）。
◢步骤0：UE已经EPS
attached，当前为ECM-Idle状态。
◢步骤1-2：UE建立RRC连接，在NAS消息中发送已加密和完整性保护的上行数据。UE在NAS消息中可包含Release
Assistance
Information，指示在上行数据传输之后是否有下行数据传输（比如，UL数据的Ack或响应）。如果有下行数据，MME在收到DL
data后释放S1连接。如果没有下行数据，MME将数据传输给SGW后就立即释放连接。
◢步骤3：MME检查NAS消息的完整性，然后解密数据。在这一步，MME还会确定使用SGi或SCEF方式传输数据。
◢步骤4：MME发送Modify
Bearer
Request消息提供MME的下行传输地址给SGW，SGW现在可以经过MME传输下行数据给UE。
◢步骤5-6：如果RAT
type有变化，或者消息中携带有UE"s
Location
等，SGW会发送Modify
Bearer
Request
message
(RAT
Type)给PGW。该消息也可触发PGW
charging。
◢步骤7：SGW在响应消息中给MME提供上行传输的SGW地址和TEID。
◢步骤8：MME将上行数据经SGW发送给PGW。
◢步骤9：如果在步骤1的Release
Assistance
Information中没有下行数据指示，MME将UL
data发送给PGW后，立即释放连接，执行步骤14。否则，进行下行数据传输。如果没接收到数据，则跳过步骤11-13进行释放。在RRC连接激活期间，UE还可在NAS消息中发送UL数据（图中未显示）。在任何时候，UE在UL
data中都可携带Release
Assistance
Information。
◢步骤10：MME接收到DL数据后，会进行加密和完整性保护。
◢步骤11：如果有DL
data，MME会在NAS消息中下发给eNB。如果UL
data有Release
Assistance
Information指示有DL数据，MME还会马上发起S1释放。
◢步骤12：eNB将NAS
data下发给UE。如果马上又收到MME的S1释放，则在NAS
data下发完成后进入步骤14释放RRC连接。
◢步骤13：如果NAS传输有一段时间没活动，eNB则进入步骤14启动S1释放。
◢步骤14：S1释放流程。
4.2
RRC连接建立过程
NB-IoT
UU口消息大都重新进行了定义，虽和LTE名称类似，但是简化了消息内容。
NB-IoT引入了一个新的信令承载SRB1bis。SRB1bis的LCID为3，和SRB1的配置相同，但是没有PDCP实体。RRC连接建立过程创建SRB1的同时隐式创建SRB1bis。对于CP来说，只使用SRB1bis，因为SRB1bis没有PDCP层，在RRC连接建立过程中不需要激活安全模式，SRB1bis不启动PDCP层的加密和完整性保护。
UE主动或者收到寻呼后被动发起RRC
Connection
Request-NB。RRC
Connection
Request-NB消息部分信元解析：?
IE/Group
Name
Value
Semantics
?
description
ue-Identity-r13
Random
Value或s-TMSI
用户标识
EstablishmentCause_r13
NB-IoT支持四种连接建立原因：mt-Access、
?
mo-Signalling、mo-Data和
mo-Exception-Data。
◢eNodeB向UE发送RRC
Connection
Setup-NB，只建立SRB1bis承载。eNodeB也可以向UE发送RRC
Connection
Reject-NB，拒绝UE连接建立请求，比如发生流控时。
◢RRC连接建立成功后UE向eNodeB回送RRC
Connection
Setup
Complete-NB，消息中携带初始NAS专用信息。RRC
Connection
Setup
Complete-NB消息信元解析：
IE/Group
Name
Semantics
?
description
s-TMSI-r13
用于S1接口选择。UP
时如果UE
resume失败后，UE将回落进行RRC连接建立，由于恢复请求消息MSG3中没有s-TMSI，所以在MSG5中携带。
up-CIoT-EPS-Optimisation-r13
UE是否支持up-CIoT-EPS-Optimisation优化，用于S1接口选择。
如果eNodeB
RRC
Connection
Setup
Complete-NB消息中没有携带up-CIoT-EPS-Optimisation-r13信元，则表明UE只支持CP，不支持UP。eNodeB可以选择只支持CP（或者CP和UP都支持）的MME发送Initial
Ue
Message，消息中携带NAS等信息。
与CP方案相比，UP方案支持NB-IoT业务数据通过建立E-RAB承载后在用户面User
Plane上传输，无线侧支持对信令和业务数据进行加密和完整性保护。
此外，为了降低接入流程的信令开销，满足UE低功耗的要求，UP优化传输支持释放UE时，基站和UE可以挂起RRC连接，在网络侧和UE侧仍然保存UE的上下文。当UE重新接入时，UE和基站能快速恢复
UE上下文，不用再经过安全激活和RRC重配的流程，减少空口信令交互。
4.3
UP传输方案端到端信令流程
Data
over
User
Plane的E2E的MO流程如下。
◢步骤1-5：UE通过随机接入并发起RRC连接建立请求与eNodeB建立RRC连接，UE是否支持UP传输的能力通过在MSG5中携带up-CIoT-EPS-Optimisation信元通知基站，通过该信息帮助eNB选择支持UP的MME。
◢步骤6：eNodeB收到RRC
Connection
Setup
Complete后，向MME发送Initial
UE
message消息，包含NAS
PDU、eNodeB的TAI信息和ECGI信息等。在这一步，MME还会确定是否使用SGi或SCEF方式传输数据。
◢步骤7：MME向eNodeB发起上下文建立请求，UE和MME的传输模式协商结果通过S1消息INITIAL
CONTEXT
SETUP
REQUEST中的UE
User
Plane
CIoT
Support
Indicator信元指示。eNB利用该指示判断是否可以后续触发对该UE上下文的挂起，如果核心网没有带UE
User
Plane
CIoT
Support
Indicator信元，eNB只需支持正常的建立流程，数传完成后直接释放连接，不支持后续的用户挂起。
◢步骤8-9：激活PDCP层安全机制，支持对空口加密和数据完整性保护。
◢
步骤10-12：建立NB-IoT
DRB承载，终端能支持0、1还是2条DRB的情况取决于UE的能力，该能力通过UEcapability-NB信元中的multipleDRB指示，NB-IoT
DRB都仅支持NonGBR业务，并且没有考虑对DRB
QoS的支持。
◢步骤13：MME发送Modify
Bearer
Request消息，提供eNodeB的下行传输地址给SGW。SGW现在可以经过eNodeB传输下行数据给UE。
◢步骤14：SGW在响应消息中给MME提供上行传输的SGW地址和TEID。
◢步骤15-18：UE通过eNodeB将上行数据经SGW发送给PGW，PGW通过SGW将下行数据经eNodeB发送给UE。
◢
步骤19：如果UE持续有一段时间没活动，则eNodeB启动S1与RRC连接释放或RRC连接挂起，eNodeB向MME发送释放请求消息。
◢步骤20：MME发送Release
Access
Bearers
Request释放SGW上的连接。
◢步骤21：SGW释放连接后，响应Release
Access
Bearers
Response。
◢步骤22：MME释放S1连接，向eNodeB发送S1
UE
Context
Release
Command
(Cause)
message。
◢
步骤23：eNodeB向UE发送RRC连接释放。
◢步骤24：eNodeB给MME回复释放完成。eNodeB可在消息中携带Recommended
Cells
And
ENBs，MME会保存起来，在寻呼时使用。
4.4
RRC挂起流程（Suspend
Connection
procedure）
考虑到在用户面承载建立/释放过程中的信令开销，对NB-IoT小数据包业务来说，显得效率很低。因此UP模式增加了一个新的重要流程，RRC连接挂起和恢复流程。即UE在无数据传输时，RRC连接并不直接释放，而是eNB缓存UE的AS上下行信息，释放RRC连接，使UE进入了挂起状态（Suspend）。这个过程也称为AS上下文缓存。
eNodeB在释放时通知MME、UE进行Suspend，MME进入ECM-IDLE，eNodeB从RRC-CONNECTED进入RRC-IDLE，UE进入RRC-IDLE和ECM-IDLE状态。
虽然UE缓存了上下文信息，但是UE仍然是进入了IDLE态的，但是离真正的IDLE态又有距离，没有断的那么彻底，可以说这是IDLE态的一个子态（Idle-Suspend）。
这三种状态的关系可以通过下图来理解：
4.5
RRC恢复流程（Resume
Connection
procedure）
?
用户发起主叫业务时：UE在MSG3时通过RRC
Connection
Resume
Request消息通知eNodeB退出RRC-IDLE状态，eNodeB激活MME进入
ECM-CONNECTED
?用户进行被叫业务：RRC状态唤醒与主叫业务流程一样
?
当跨小区Resume时候，eNB将根据ResumeID来查找原小区（ResumeID低20bit是UE
CONTEXT
ID，高20bit是eNB
ID）
4.6
CP/UP方案网络协商流程
◢步骤1：NB-IoT
UE在Attach
Request消息中携带Preferred
Network
behavior信元，该信元用于表示终端所支持和偏好的CIoT优化方案：是否支持CP传输、UP传输和正常S1-U传输，是偏向于CP传输还是UP传输。当UE要进行non-IP传输时，PDN
type可设置为non-IP。当UE要进行SMS传输时，在Preferred
Network
behavior中设置“SMS
transfer
without
Combined
Attach”标志。
如果Attach
Request中没有携带ESM
message
container，MME在Attach流程中不会建立PDN连接。这种情况下6、12到16、21到24不会被执行。
在NB-IoT
RAT下，UE不能发起Emergency
Attach。
◢步骤2：eNB根据RRC参数中携带的GUMMEI、selected
Network和RAT（NB-IoT或LTE）等信息选择MME。
◢
步骤12：MME在向SGW创建会话上下文时，会将RAT
type
(NB-IoT
or
LTE)传递给SGW。
◢步骤15：在PGW返回创建会话响应时，如果PDN
type是Non
IP，PGW只能接受或拒绝，不能修改为其他类型。
◢
步骤17：MME使用S1-AP
Downlink
NAS
transport
message发送Attach
Accept给eNB，消息中携带有Supported
Network
Behaviour，指示它所支持和偏好的CIoT优化方案。如果Attach
Request中没有携带ESM
message
container，Attach
Accept消息不会包含PDN相关参数。
5.覆盖优化
5.1
弱覆盖?
RSRP<-84dBm（当前移动集团给的门限值，具体门限参考运营商要求），持续20秒70%的采样点小于该门限???
5.2
SINR差?
每一个SINR<-3（具体门限参考运营商要求），持续20秒70%采样点小于该门限???
5.3
重叠覆盖问题点?
重叠覆盖定义：主服务小区和邻区差值在6dB以内的小区数大等于4个（移动目前要求4个，联通要求3个）?
5.4
覆盖指标要求:
指标项?
目标基准
综合覆盖率RSRP>=-84&SINR>=-3占比
>95%?
平均SINR（dB）
?>6?
平均小区重选时长
<1s
重叠覆盖率
5%~10%
6.重选优化
NB-IOT支持：
1、
空闲态同频、异频小区重选
2、
重定向
NB-IOT不支持：
1、
空闲态异系统重选
2、
连接态切换
重选时间超过2s，甚至拖死为重选问题，重选时支持最多测量6个小区，当前只有满足同频/异频测量规则时，才对邻区进行测量与邻区测量信息显示，而不会实时对邻区进行测量与显示。系统消息3下发重选门限参数：
重选优先级
参数名称
总体概述
单个参数解释
同优先级
同频测量启动门限(2分贝)
=
21
S小于-82开启测量；邻区大于4DB开始重选
RSRP达到-82开启测量（62-21）*2=82；62是最小接入电平
小区重选迟滞值(分贝)
=
4dB*0.5
迟滞4DB进行切换
最低接收电平(2毫瓦分贝)
=
-62
本到-82开启测量，邻区大于本小区4DB开始重选。
高优先级
一直测量
一直测量，邻区大于-102开始重选
一直测量
异频频点高优先级重选门限(2分贝)
=
11
邻区达到-102开始重选
最低接收电平(2毫瓦分贝)
=
-62
（-62+11）*2=-102
低优先级
异频频点低优先级重选门限(2分贝)
=
11
S小于-110开启测量；本小区小于-124，邻区大-102开始重选
（-62+11）*2=-102；邻区需大于-
102
最低接收电平(2毫瓦分贝)
=
-62
服务频点低优先级重选门限(2分贝)
=
0
（0-62）*2=-124；本小区小于-124
最低接收电平(2毫瓦分贝)
=
-62
异频/异系统测量启动门限(2分贝)
=
7
（7-62）*2=110；本小于-110才开始测量
6.1
重选时延统计方法：
起始：?RRC_DBG_READING_SIBS_FOR_NCELL??
结束：?LL1_SIB1_DATA_IND?
6.2
判断小区重选是否成功：
过滤RRC_DBG_IDLE_RESELECTING_TO_CELL，如果看到这条log并且观察UE选到了不同的PCI说明小区重选成功；
6.3
重选成功率统计：
RRC_DBG_READING_SIBS_FOR_NCELL重选次数?
RRC_DBG_IDLE_RESELECTING_TO_CELL重选成功次数
6.4
脱网重搜时延统计：
统计从源小区LL1_OUT_OF_SYNC_IND?消息到目的小区?RRC
Connection
Setup
Complete?消息的时间；
7.
参数优化：
覆盖等级门限
1、参数描述
该参数为
NB-IoT
小区的覆盖等级使能开关，通过开关设置NB-IoT
小区最大可支持
3
个覆盖等级，分别对应
0dB、10dB
和
20dB的覆盖增强。
2、设置建议
建议
NB-IoT
小区开启三个覆盖等级（CoverageLevelType），即覆盖等级
0、1、2
三个参数均应设置为
1
或开启。
SIB1
重复次数
1、参数描述
该参数表示
NB-IoT
小区
SIB1
消息周期内的重复次数。SIB1
重复次数越大，SIB1
消息的解调正确率越高，搜网时延越小，但消耗的时域资源越大；反之解调正确率越低，搜网时延越大。
2、设置建议
3GPP
协议定义的该项参数名称为“schedulingInfoSIB1-r13”。该参数建议设置为
16
次。
SIB2
周期
1、参数描述
该参数表示NB-IoT小区SIB2消息的传输周期。该参数设置越大，单位时间内的传输次数越少、系统资源占用越少，但可能导致终端读取该系统消息块的时延增大；该参数配置越小则效果相反。
2、设置建议
该参数建议设置为
RF512(512
无线帧)。
同频重选测量门限配置标示
1、参数描述
该参数相当于一个开关使能，表示是否配置同频测量门限。如果取值为“是”，则为终端配置同频测量门限，由终端根据门限判断是否进行同频测量，具体描述见
TS
36.304。
2、设置建议
该参数建议设置为“是”。
同频小区重选指示
1、参数描述
该参数表示当最高等级的小区被禁止或者最高等级的小区被终端视为禁止时，是否允许
NB-IoT
终端重选与本小区同频的邻区。
2、设置建议
该参数建议设置为“允许同频重选”的模式。
加密算法优先级
1、参数描述
空口接入层（AS）加密算法主要确保
NB-IoT
终端与系统间实现密钥握手、数据加密。该参数定义了接入层可供使用（协商）的加密算法优先级序列（从高到低）。
加密算法共四种：AES、Snow
3G、ZUC
以及
NULL（空算法）。如果加密算法优先级序列未将相应算法列入，部分特殊终端可能无法协商到相应算法（如
ZUC）而进行数据加密，安全性将受影响。
2、设置建议
AES
和
Snow
3G
算法应设置为最高或次高优先级，ZUC
算法设置为第三优先级。空算法建议禁止，避免非标
NB-IoT
终端接入。
建议加密算法优先级设置为（从高到低）：128-EEA2[2]->128-EEA1[1]->
128-EEA3[3]
。
完整性保护算法优先级
1、参数描述
空口接入层（AS）完整性保护算法主要确保
NB-IoT
终端与系统间传输的数据不被非法篡改。该参数定义了接入层可供使用（协商）的完整性保护算法优先级序列（从高到低）。
完整性保护算法共四种：AES、Snow
3G、ZUC
以及
NULL（空算法）。如果完整性保护优先级序列未将相应算法列入，部分特殊终端可能无法协商到相应算法（如
ZUC）进行数据保护，数据安全性将受影响。
2、设置建议
AES
和
Snow
3G
算法应设置为最高或次高优先级，ZUC
算法设置为第三优先级。空算法建议禁止，避免非标
NB-IoT
终端接入。
建议完整性保护算法优先级设置为（从高到低）：128-EIA2[2]->128-EIA1[1]->
128-EIA3[3]。
MIB
和
SIB
加扰开关
1、参数描述
该参数用于控制空口的
MIB
和
SIB
加扰方式。3GPP
TS
36.211
协议在
2017
年
2
月份进行了
NMIB
扰码加扰方式以及
NSIB
扰码初始化方案的变更。其中对
NMIB
的加扰方式修改为采用
RE
级随机相位旋转的方式进行加扰，并且通过小区
ID
与帧号组合的方式扰码生成序列的种子，使得不同重复块之间的扰码不同，提高了
NMIB
消息干扰随机化的程度。其中
NSIB
则是通过修改小区
ID与帧号组合的方式扰码生成序列的种子，使得不同重复块之间的扰码不同，提高了
NSIB
消息干扰随机化的程度。
2、设置建议
建议设置为打开扰码开关。
eDRX开关
该参数为
eDRX
功能的基站侧使能开关，建议开启
eDRX
功能。有关
eDRX
功能中的短不连续循环周期定期器长度、非激活定时器、HARQ
重传定时器等参数的具体设置可采用厂家建议值。
定时器
T300
1、参数描述
该参数表示定时器
T300
的时长，NB-IoT
终端在发送“RRC
Connection
Request”消息时启动该定时器。定时器超时前，如收到
“RRC
Connection
Setup”或者“RRC
Connection
Reject”消息，则停止定时器计时；如定时器超时，NB-IoT
终端进入
RRC_IDLE
态。该参数设置值越小，NB-IoT
终端的
RRC
连接建立失败概率越大；设置值越大，RRC
连接建立失败概率越小，终端重新发起
RRC
连接建立的时延越大。
2、设置建议
3GPP
协议定义的该项参数名称为“t300-r13”。该参数建议设置为
6000ms。
定时器
T310
1、参数描述
该参数表示定时器
T310
的时长，参见
3GPP
TS
36.331。当
NB-IoT终端检测到物理层故障时，启动该定时器。定时器超时前，如终端检测到物理层故障恢复，则停止该定时器；如定时器超时，NB-IoT
终端进入
RRC_IDLE
态。
该参数设置值越大，终端检测物理层故障恢复的允许时间越长；该参数设置值越小，终端检测物理层故障恢复的允许时间越短。该参数设置过大会增大误包率和时延。
2、设置建议
3GPP
协议定义的该项参数名称为“t310-r13”。该参数建议设置为
2000ms。
UE
不活动定时器
1、参数描述
该参数表示
NB-IoT
基站对终端是否发送或接收数据进行多长时间的监测，如果终端一直未接收或发送数据，且持续时间超过该定时器时长，则空口释放该终端。
该参数设置值越小，终端在没有业务情况下越早被释放；该参数设置值越大，终端在没有业务的情况下越晚被释放，终端会保持更长在线时间、占用无线资源。
2、设置建议
3GPP
协议定义的该项参数名称为“ue-Inactive
Time”。该参数建议设置为
20
秒。
其他参数配置见附件：
NB-IOT技术及优化 本文关键词：优化，技术，NB，IOT
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NB-IOT技术及优化》
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