NB-IOT關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

1、NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用NB-IoT演進史NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署NB-IoT典型應(yīng)用場景目錄 ZTE All rights reserved3秘密NB-IoT演進史2015年9月，3GPP在美國鳳凰城通過了名為NB-IoT的Work Item（WI）立項決議2014年5月，提出了窄帶技術(shù)NB M2M2015年5月融合NB OFDMA形成了NB-CIOT2015年7月份，NB-LTE跟NB-CIOT進一步融合形成NB-IoTNB-IoT標(biāo)準(zhǔn)在3GPP R13出現(xiàn)，并于2016年6月份凍結(jié)。2016年年底進入商用狀態(tài)。 ZTE All rights reserved4秘密

2、NB-IoT演進史 RAN1，RAN2，RAN3已經(jīng)在2016年6月凍結(jié)；RAN4在11月份凍結(jié)。R13 R14預(yù)計2017年6月凍結(jié)。立項點：Positioning, Multicast, Mobility and service continuity enhancements。R14 目前未公開研究方向。會集中在基于5G架構(gòu)進一步增強，特殊需求增強：容量、節(jié)能、高速等。R15NB-IoT演進史NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署NB-IoT典型應(yīng)用場景目錄 ZTE All rights reserved6秘密NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點p NB IOT技術(shù)特點 海量連接NB-IoT

3、一個小區(qū)能夠支持5萬個連接，支持低延時敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)； 深度覆蓋NB-IoT比LTE提升20dB增益，相當(dāng)于發(fā)射功率提升了100倍，即覆蓋能力提升了100倍，就算在地下車庫、地下室、地下管道等信號難以到達的地方也能覆蓋到； 超低功耗NB-IoT聚焦小數(shù)據(jù)量、小速率應(yīng)用，因此NB-IoT設(shè)備功耗可以做到非常小，NB-IoT終端模塊的待機時間可長達10年； 低成本低速率低功耗低帶寬帶來的是低成本優(yōu)勢，模塊成本有望降至5美元之內(nèi)。 ZTE All rights reserved7秘密秘密 Confidential ZTE Corporation. All righ

4、ts reserved7p 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) NB-IoT獨立組網(wǎng)1）C-SGN: 由MME/SGW/PGW組成2）PGW可以獨立實現(xiàn)NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點 ZTE All rights reserved8秘密秘密 Confidential ZTE Corporation. All rights reserved8p 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) EUTRAN與NB-IoT融合組網(wǎng) 1）CIoT RAN僅支持NB-IoT功能 2） eNodeB 既支持EUTRAN又支持NB-IoTNB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點 ZTE All rights reserved9秘密NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點p 擁塞和過載控制 在Rel11

5、采用ACB（Access Class Barring，接入等級限制）與EAB（Extended Access Barring，擴展型接入限制）相結(jié)合的雙層控制機制來應(yīng)對突發(fā)海量接入擁塞問題，終端從系統(tǒng)廣播信息之中獲取接入等級限制信息，并結(jié)合自身的接入等級來決定是否發(fā)起隨機接入，同時網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)當(dāng)前的擁塞狀況拒絕或允許終端接入。 ZTE All rights reserved10秘密NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點p 終端簡化方案 為了降低設(shè)備復(fù)雜性和減小設(shè)備成本，NB-IoT定義了一系列的簡化方案，主要包括： 簡化協(xié)議棧、簡化RF； 簡化基帶處理復(fù)雜度，相對于普通LTE，基帶復(fù)雜度降低10%，射頻降

6、低約65%。Release 8Release 8Release 12Release 13Release 13CategoryCategory 4Category 1Category 0Cat-M1 (eMTC)Cat-M2 (NB-IoT)Downlink peak rate 150Mbps 10 Mbps 1 Mbps 1 Mbps 200 kbpsUplink peak rate 50 Mbps 5 Mbps 1 Mbps 1 Mbps 200 kbpsNumber of antennas22111Duplex Full duplexFull duplexHalf duplex Half

7、duplex Half duplex UE receive bandwidth20 MHz20 MHz20 MHz1.4 MHz200 kHzUE transmit power23 dBm23 dBm23 dBm20 dBm23 dBmModem complexity100%80%40%20%15% ZTE All rights reserved11秘密NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點p PSM省電模式新增的“節(jié)電”狀態(tài) 。在此模式下，終端仍舊注冊在網(wǎng)但信令不可達，從而使終端更長時間駐留在深睡眠以達到省電的目的 。 ZTE All rights reserved12秘密NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點p

8、PSM省電模式（續(xù)） 如果周期性TAU為10分鐘，設(shè)備每周上傳一次數(shù)據(jù)，這樣，兩節(jié)5號電池可以用132月（11年）之久。 ZTE All rights reserved13秘密NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點p 擴展的不連續(xù)接收(DRX) 空閑模式不連續(xù)接收周期由秒級擴展到分鐘級或高達3小時，連接模式不連續(xù)接收周期支持5.12秒和10.24秒； 相對于節(jié)電模式，大幅度提升下行可達性。 ZTE All rights reserved14秘密NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點p 增強覆蓋 高發(fā)射功率譜密度 - 載波頻寬：200KHz，除去保護帶后有效頻寬180KHz，相當(dāng)于LTE系統(tǒng)的1個RB - 下行子載波間

9、隔15KHz，與現(xiàn)有LTE系統(tǒng)兼容 - 上行支持兩種子載波間隔：15KHz和3.75KHz 上行15KHz間隔子載波支持多個捆綁在一起工作， 稱為Multi-tone，也可以按單個子載波工作， 即Single tone；上行3.75KHz間隔子載波不支 持多個捆綁，只支持Single tone. ZTE All rights reserved15秘密NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點p 增強覆蓋 高發(fā)射功率譜密度下行 Stand alone 模式：43dBm/180KHz，功率譜密度比LTE(10MHz頻寬)增強17dB; In band 模式：35dBm/180KHz，功率譜密度比LTE(10MHz

10、頻寬)增強9dB。上行23dBm/15KHz Single tone，功率譜密度比LTE增強10.8dB;23dBm/3.75KHz，功率譜密度比LTE增強16.8dB。 ZTE All rights reserved16秘密NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點p 增強覆蓋 支持重傳(Repetition) - 更多重傳次數(shù)帶來HARQ增益，以更低速率換取覆蓋增益； -下行最大重傳次數(shù)為2048、上行最大重傳次數(shù)為128。 ZTE All rights reserved17秘密NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點p 控制面優(yōu)化 通過NAS消息傳送數(shù)據(jù)包，減少終端、無線和網(wǎng)絡(luò)信令； 兩種轉(zhuǎn)發(fā)機制：1) UEMMES

11、CEFCIoT Services ; 2) UEMMESGW/PGW CIoT Services ZTE All rights reserved18秘密NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點p 控制面優(yōu)化(續(xù)） UE PGW用戶面協(xié)議棧 - IP/Non-IP traffic is encapsulated in SRB/NAS PDU; - SRB1 for data, no DRB; - IP header compression is performed in UE/C-SGN(MME); ZTE All rights reserved19秘密NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點p 控制面優(yōu)化(續(xù)） 終端不需

12、要支持IP協(xié)議棧，數(shù)據(jù)無IP頭封裝，傳輸效率更高 A PDN Type “Non-IP” is used for Non-IP data, the UE indicates in the Attach procedure that Non-IP PDN type shall be used. The Non-IP data delivery to SCS/AS is accomplished by one of two mechanisms: - Delivery using SCEF; - Delivery using a Point-to-Point (PtP) SGi tunnel. Z

13、TE All rights reserved20秘密NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點p 用戶面優(yōu)化 NB IOT 在UP模式，為減少空口信令交互引入了Suspend/Resume流程； eNB保存UE AS上下文信息，UE從RRC連接狀態(tài)轉(zhuǎn)為Idle狀態(tài)，終端在Idle（Suspend）狀態(tài)下，需要傳輸數(shù)據(jù)時，可以直接通過Resume流程，直接建立RRC連接，節(jié)省空口加密，承載建立等信令消息和流程。 ZTE All rights reserved21秘密NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點p 用戶面優(yōu)化 RRC掛起流程（Suspend Connection procedure） ZTE All rights

14、reserved22秘密NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點p 用戶面優(yōu)化 RRC恢復(fù)流程（Resume Connection procedure） ZTE All rights reserved23秘密NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點p 多載波操作支持In-bandIn-band/In-bandGuard band/Stand alone+Stand alone載波組合；不支持Stand alone+In-band，Stand alone+Guard band載波組合。NPSS/NSSS/NPBCH/SIB-NB只在Anchor carrier發(fā)送，No-anchor carrier僅在連接狀態(tài)會被配置，空

15、閑狀態(tài)下UE會返回到Anchor carrier；NB-IOT UE可以在Anchor carrier和No-anchor carrier上傳輸，但不支持同時在Anchor carrier和No-anchor carrier收發(fā)數(shù)據(jù)。 ZTE All rights reserved24秘密NB-IoT演進史NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署NB-IoT典型應(yīng)用場景目錄 ZTE All rights reserved25秘密NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署 NB-IoT支持3種不同部署方式，分別是獨立部署、保護帶部署、帶內(nèi)部署。主要部署在低頻頻段。283242NB-IoTMHz880CDMA87

16、9.106獨立部署獨立部署Stand-alone保護帶部署保護帶部署Guard-zoneLTE BandwidthGuard-band for NB-IoTLTE Bandwidth帶內(nèi)部署帶內(nèi)部署In-band1 PRB for NB-IoT ZTE All rights reserved26秘密NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署部署方式頻譜共存小區(qū)峰值速率覆蓋容量獨立部署頻譜獨占，不存在與現(xiàn)有系統(tǒng)共存問題與GSM共站共存需200KHz保護間隔，與CDMA需285KHzDL 130kbpsUL 240kbpsMCL164dB重發(fā)次數(shù)少，速率高119234/小區(qū)隨機接入容量受限保護帶部署需考慮與LTE共存問

17、題，如干擾規(guī)避，射頻指標(biāo)等NL共站無需保護間隔DL 130kbpsUL 240kbpsMCL164dB重發(fā)次數(shù)多，速率高34447/小區(qū)尋呼容量受限帶內(nèi)部署需考慮與LTE共存問題，如干擾規(guī)避，射頻指標(biāo)等NL共站無需保護間隔，但需要避開PDCCH，PRS等DL 95kbpsUL 240kbpsMCL164dB重發(fā)次數(shù)多，速率低18201/小區(qū)下行業(yè)務(wù)信道受限 ZTE All rights reserved27秘密NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署NB-IoT同頻組網(wǎng)：NB-IOT置于頻段的高端，避免跟GSM-R潛在影響，占用一個200KHz頻點，跟GSM及聯(lián)通之間各留一個頻點的保護間隔。GSM需要清除兩個頻點

18、，對于GSM網(wǎng)絡(luò)影響可以忽略。NB-IoT異頻組網(wǎng)： NB-IOT置于頻段的高端，避免跟GSM-R潛在影響，占用三個200KHz頻點，跟GSM及聯(lián)通之間各留一個頻點的保護間隔。GSM需要清除4個頻點，對于GSM網(wǎng)絡(luò)影響可以忽略。LTE頻率設(shè)置：LTE初始帶寬5MHz，建議中心頻率940.1MHz；當(dāng)帶寬擴展到10MHz時，無需修改中心頻率。對于934935可用區(qū)域用于GSM，不可用區(qū)域由LTE占用下邊緣，互調(diào)影響最低。升級方案：由GSM基站升級到GN雙?；?。傳統(tǒng)基站不支持升級，需多載波基站可支持升級。需要增加主控板和基帶板，后期演進至FDD需要替換RRU，工程改動量大。新建方案：新建LN雙模

19、基站。一步到位，新建BBU和RRU，開通FDD網(wǎng)絡(luò)?？赏瑫r實現(xiàn)eMTC和NB-IoT。建議采用新建方案。中移組網(wǎng)方案 ZTE All rights reserved28秘密NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署現(xiàn)網(wǎng)干擾：與GSM共站部署，需要200MHz的保護帶。與FDD共站部署，由于LTE本身有保護帶，不需要額外保護帶。與GSM不共站部署，除了保護帶外，還需要空間距離解決干擾問題。過渡方式：20M LTE和10M GSM上部署NB-IOT，采用stand-alone模式。NB-IoT占用一個200KHz獨立頻點，跟GSM留一個頻點的保護間隔。GSM需要清除兩個頻點，對于GSM網(wǎng)絡(luò)影響可以忽略。LTE配置無需調(diào)

20、整。終極方式：在LTE和GSM保護帶壓縮模式上配置NB-IoT。即在20M+10M LTE和2.4M GSM上配置NB-IoT。這種方式只能采用In-band方式配置占用LTE的3個RB，對于LTE影響不大。升級方案：多載波基站支持直接升級。需要升級主控板和基帶板，還需根據(jù)容量需求增加基帶板?？捎涩F(xiàn)有LTE基站直接進行升級。新建方案：不管是N單模，還是NG雙模，都需要新建BBU和RRU，成本較高。建議采用升級方案。聯(lián)通組網(wǎng)方案 ZTE All rights reserved29秘密NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署Stand-alone組網(wǎng)方案：CDMA退掉3或4個頻點（3M LTE+CDMA共組網(wǎng)3個，5

21、M LTE+CDMA共組網(wǎng)4個）部署LTE小區(qū)情況下，可實現(xiàn)stand-alone部署。如果NB-IoT和CDMA共射頻共基站部署，需要285KHz保護間隔。In-band組網(wǎng)方案： CDMA退掉3或4個頻點（3M LTE+CDMA共組網(wǎng)3個，5M LTE+CDMA共組網(wǎng)4個）部署LTE小區(qū)情況下，NB-IoT可以與3MHz LTE進行In-band部署，但對LTE性能影響較大。LN800新建方案方案：新建雙通道LN RRU，新建LN雙模BBU（LN雙模共CC+LN雙?；鶐О澹?，但需增加天饋，成本較高。CLN800升級方案：CLN三模RRU替換CDMA RRU，增加LN雙模主控板，增加LN基帶板，可利用舊天饋，成本略低。L1800升級LN800方案：新增800MHz LN雙模RRU，升級主控板支持LN雙模，增加LN基帶板，現(xiàn)有LTE 1800基站升級，建設(shè)便利，成本最低。電信組網(wǎng)方案NB-IoT演進史NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)與特點NB-IoT網(wǎng)絡(luò)部署NB-IoT典型應(yīng)用場景目錄 ZTE All rights reserved31秘密自主異常報告業(yè)務(wù)類型：如煙霧報警探測器、設(shè)備工作異常等，上行極小數(shù)據(jù)量