NB IOT系统概要介绍课件.pptx

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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234G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：CAIC

2、T,单位：亿,NB-IoT是发展物联网的一个新契机,4.5G NB-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（120k

3、m/h）,NB-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（100bit3kbit，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：Standal

4、one优先,基于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：900M FDD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

5、试等,大容量测试,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（MCL154dB）性能测试；室内或者楼梯间配电箱内条件下（144dBMCL154dB）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-I

6、OT网络主要增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；

7、MME和SCEF之间无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Scheduling Request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DM

8、RS进行TA调整LTE: 基于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-IoT NPRACH,LTE PRACH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-IoT NPRACH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R13 NB-IoT只支持竞争的随机接入，过程

9、与LTE相同,NB-IoT NPUSCH format 1,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、resource unit长度、调制方式都与传输方式有关：支持跨resource unit的TB映射重复发送（cyclic repetition），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-IoT NPUSCH format 2,仅用来进行NPDSCH的ACK/NACK反馈的物理信道与NPUSCH format 1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

10、层下行,协议规定的物理信道没有REG概念不支持NPDSCH与NPDCCH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LTE PBCH的主要区别：NPBCH的周期拉长为640ms（LTE为40ms）MIB payload bit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LTE PDSCH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,NPDCC

11、H与LTE PDCCH的主要区别不定义REG，CCE由时频两维资源定义，只支持聚合等级1和2不支持NPDCCH与NPDSCH的频分复用传输引入重复发送（only for AL=2），次数12048,NPDCCH 1,NPDCCH 2,AL=1：单子帧最多调度2个UE,NPDCCH 1,下行单子帧,NPDCCH,DCI N0（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、new data indicator、冗余版本NPDCCH：重复次数DCI N1（下行调度授权及PDCCH order触发的随机接入）NPDSCH(for DL grant)：调度延时、重复次数

12、、MCS&单次传输PRB数、 new data indicator、HARQ-ACK反馈资源（子载波与传输延时）NPDCCH (for DL grant) ：重复次数NPRACH(for NPDCCH order)：重复次数DCI N2（寻呼消息调度&通知系统信息变更）NPDSCH(for paging)：重复次数、MCS&单次传输PRB数NPDCCH(for paging)：重复次数Direction information：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

13、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-Per

14、iodicity sf64, sf128, sf256, sf512,dlGap-DurationCoeff oneFourth, oneEighth, 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

15、馈NPUSCH format2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；,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) AND Squal 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SRB1 bis(no pdc

16、p)和UP 模式SBR1 (normal pdcp)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：-Network sharing (up to 6 PLMNs);-Access control (per PLMN);-Cell barring and cell

17、 reservation; -Differentiation in access of exceptional reporting and normal reporting;-Intra-frequency and inter-frequency cell reselection; -Power Saving Mode;-Idle mode DRX with DRX cycle values in the “normal” range and in eDRX range;-In-order delivery;-Positioning.,NB-IoT不支持的功能为:-Inter-RAT cell

18、 reselection or inter-RAT mobility in connected mode (Note that in this respect NB-IoT is a separate RAT from LTE);-Public warning functions like CMAS, ETWS and PWS;-Handover and measurement reporting; -GBR (QoS);-CSG;-Relaying;-Dual connectivity;-MBMS;- Real time services;-In-device coexistence;-RA

19、N assisted WLAN interworking;-Prose (including direct communication and direct discovery);-Minimization of Drive Tests (MDT);- Limited service state and emergency call are not supported;-CS services and CS fallback;-SSAC and ACB-skip;-Network Assisted Interference Cancelation (NAICS).,NB-IoT在E-UTRAN

20、基础上进行了简化，,控制面优化CP 模式,MME承担了数据转发功。支持IP/NonIP数据传输PDN to SCEF 只支持NonIP数据传输无需DRB,没有S1-U减少信令开销,CP 模式总体流程,CP模式基站相关信令,注:The UE may also indicate in a Release Assistance Information in the NAS PDU whether Downlink data transmission (e.g. Acknowledgement or response to Uplink data) subsequent to the Uplink D

21、ata transmission is expected or not.,用户面优化UP 模式,UU口和S1-U数据转发过程没有任何改变增加suspend/resume过程，减少信令UU口和S1-AP口信令一个用户最多支持2个DRB,均为NGBR承载,UE-stores the AS information;eNodeB:-stores the AS information, -the S1AP association and the bearer context for that UE;-AS Context should be transferred between the eNodeBs

22、;MME stores the S1AP association and the bearer context for that UE;,跨站的Resume过程,ResumeID组成:20bit ENBID+20bit ENB内UEID,CP和UP模式的关系,UE在Attach过程指示MME自己希望采用数据传输模式，MME做最终的决策。 CP模式是UE必须支持的，UP模式可选。一条RRC连接可以同时支持CP和UP模式数据的传输。RRC连接可以从没有激活安全之前 “TM PDCP / no PDCP” 模式(CP方式)转换到“normal PDCP”（UP模式），但是不能反向转换。RAN2假设，

23、如果UE丢失了上下文，由NAS层选择是重新进行DRB建立(UP)过程，还是通过CP进行数据发送。,系统信息,静态配置，无需PDCCH动态指示MIB中广播SIB1的调度信息，SIB1中指示其它SIB的调度信息SI窗长和周期均被扩展si-WindowLength for NB-IoT is ENUMERATED ms160, ms320, ms640, ms960, ms1280, ms1600,si-Periodicity for NB-IoT is ENUMERATED rf256, rf512, rf1024, rf2048, rf4096, rf8192, rf16384,SIB1 - 小

24、区接入和选择，其他SIB调度信息SIB2 -无线资源配置信息;SIB3 - 同频、异频小区重选信息;SIB4 用于重选的同频邻小区信息;SIB5 用于重选的异频邻小区信息;SIB14 接入控制;SIB16- GPS time and UTC info,MIB中包含ValueTag,指示系统信息的变化SIB1中包含ValueTagList指示其他SIB的变化系统信息有效期从3小时扩展到24小时系统信息变化只需在PDCCH 通过Direction information指示，无需载空口发Paging信令连接态的UE无需监听系统信息的变化,系统信息调度,系统信息内容,系统信息更新,不同覆盖等级的UE

25、空口发送Paging的重复次数不同支持扩展Drx,最大paging eDRX cycle 等于1024 HSFN核心网和UE在Attach/TAU过程协商UE级Drx周期和寻呼时间窗PTW核心网在S1口paging消息中通知基站UE的drx周期、PTW，基站根据UEID计算PO和PH,在PTW内每个PF的PO给UE发送寻呼消息核心网保证在PTW到来之前将Paging消息发送给eNB,基站在UE上下文释放消息通知推荐的小区和基站信息，以及UE覆盖等级等辅助信息信息核心网在S1口paging消息中可以指定小区或基站信息以及UE覆盖等级，基站在给定范围内进行寻呼寻呼失败后，核心网可以扩大寻呼范围进行寻呼。,Paging优化,Paging and DRX in idle mode,Paging准则,