4G优化案例NBIoT R14覆盖增强特性分析应用.docx

4G优化案例NBIoT R14覆盖增强特性分析应用.docx

《4G优化案例NBIoT R14覆盖增强特性分析应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《4G优化案例NBIoT R14覆盖增强特性分析应用.docx（21页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

4G优化案例NBIoTR14覆盖增强特性分析应用

NB-IoTR14覆盖增强特性分析应用

XX

XX年XX月

NB-IoTR14覆盖增强特性分析应用

XX

【摘要】XXNB-IoT业务发展迅猛，网络负荷加剧，为积极应对NB-IoT发展，省网优在无锡进行了NB-IoTR14协议覆盖增强特性的专题研究。

本次试验根据NB-IoTR14协议中的“覆盖增强授权功能”，使得终端能够占用更多网络无线资源，最大程度的挖潜网络能力。

从长远来看，NB-IoTR14协议的覆盖增强特性的应用，可为NB业务发展带来突破，实现终端覆盖增强特性的差异化计费，从而发挥出电信NB-IoT网络的自有优势。

【关键字】NB-IoTR14协议特性覆盖增强特性功能性问题

【业务类别】NB、业务支撑、参数优化

一、背景描述

一.1.测试环境

测试网元版本：

BTS3900_5900V100R013C10SPC210；

核心网MME版本：

V900R012C13SPH101；

核心网UGW版本：

V900R010C13SPH106；

eNodeB关键参数配置：

表1NB-IoT典型参数配置

参数

ECL0

ECL1

ECL2

备注

PRACH前导重复次数

2

8

32

CellRachCECfg->PrachRepetitionCount

PRACH发送周期

640

640

640

PrbRachCeConfig->PrachTransmissionPeriod

PRACH子载波数

12

12

12

PrbRachCeConfig->PrachSubcarrierNumber

NPRACH子载波偏置

36

36

36

PrbRachCeConfig->PrachSubcarrierOffset

上行初始传输重复次数

1

2

32

NbCellUlSchCEAlgo->UlInitialTransRptCount

下行初始传输重复次数

1

1

16

NbCellDlSchCEAlgo->DlInitialTransRptCount

ACK/NACK传输重复次数

2

2

32

NbCellUlSchCEAlgo->AckNackTransRptCount

Msg4的ACK/NACK传输重复次数

2

8

64

NbCellUlSchCEAlgo->AckNackTransRptCountMsg4

上行MSG3初始MCS

MSG3_MCS_2

MSG3_MCS_1

MSG3_MCS_0

PRBULSCHCEALGO–>InitialMsg3Mcs

上行初始MCS

9

0

0

NbCellUlSchCEAlgo->UlInitialMcs

下行初始MCS

4

1

0

NbCellDlSchCEAlgo->DlInitialMcs

PDCCH最大重复次数

8

16

128

CellPdcchCECfg->PdcchMaxRepetitionCnt

PDCCH周期因子

2

2

2

CellPdcchCECfg->PdcchPeriodFactor

PDCCH初始传输重复次数因子

1/8

1/8

1/4

CellPdcchCECfg->PdcchTransRptCntFactor

测试工具：

终端版本：

海思芯片V150R100C20B500SP1RC44。

一.2.组网环境

图1测试组网图

一.3.测试用例与结果评估

分类

测试用例

测试结果

速率增强

R14特性终端接入流程

PASS

终端入网正常，Multi-Tone、扩展TBS和双HARQ等速率增强特性基本功能正常。

R14特性上行单用户速率

PASS

1）R14速率增强打开后，Anchor载波单用户近点平均峰值速率120.1kbps。

2）R13在只打开Multi-Tone功能时，Anchor载波单用户近点平均速率49.7kbps。

3）Non-Anchor载波上行单用户MAC层平均峰值速率147.0kbps（状态报告影响），瞬时峰值速率可达158.5kbps（具体计算方法见4.2章节）。

4）R14速率增强打开后，相比R13上行峰值速率，Anchor载波平均峰值速率提升1.4倍，Non-Anchor载波提升2倍。

注：

Anchor载波峰值速率与现网系统消息配置、随机接入信道NPRACH配置等有关系，本测试结果基于现网实际配置测试。

实验室环境下，通过修改相关参数配置，峰值速率可以更高。

R14特性下行单用户速率

PASS

1）R14速率增强打开后，Anchor载波单用户近点平均峰值速率70.1kbps（仅统计大包调度时81.7kbps）。

2）R13情况下，Anchor载波单用户近点平均峰值速率16.2kbps。

3）Non-Anchor载波下行单用户MAC层平均峰值速率84.7kbps，瞬时峰值峰值速率105.7kbps。

4）R14速率增强打开后，相比R13下行峰值速率，Anchor载波平均峰值速率提升3.3倍，Non-Anchor载波提升4.2倍。

注：

由于测试环境原因，下行采用每秒PING1400字节模型测试下行速率，由于测试过程存在小包、以及对上行PING的下行应答，会拉低平均速率，导致平均峰值速率偏低。

二、测试分析

二.1.R14特性终端接入流程

二.1.1.测试用例

项目:

R14速率增强

分项目:

R14速率增强

测试地点建议

实验室/外场

测试目的:

1、验证UER14速率增强相关能力查询，配置，生效流程；

预置条件:

1.E-UTRAN版本V100R13C10SPC210以及以上系统正常工作；

2.EPC系统V9R10C11版本以及以上版本正常工作；

3.NBR14终端，支持eTBS和Harq

测试步骤:

1.UE开机，发起Attach接入流程，eNB获取UE能力；

2.UE完成附着后，等待RRC连接释放；

3.在IDLE状态下，发起CP业务，触发UE进入R14速率增强传输；

输出数据要求及预期结果

1.UE开机附着流程正常，存在空口UE能力查询流程，在终端上报的UECapabilityInformation消息中，UE类别为CategoryNB2，并携带twoHARQ-Processes-r14字段，且该字段为supported；

2.UE完成附着后，因业务而再次发起随机接入过程中，eNB收到msg3后，向MME发起S1AP的RETRIEVEUEINFORMATION流程，向MME获取UE能力信息；

3.MME通过UEINFORMATIONTRANSFER流程，把UE能力信息提供给eNB，UE信息中包含UECapability，且UE类别为CategoryNB2，twoHARQ-Processes-r14字段为supported；

4.eNB得到UE能力后，在MSG4RRCConnectionSetup消息中，配置twoHARQ-ProcessesConfig=TRUE，双HARQ调度生效；

5.终端进行CP上下行业务传输，观察DCIN0和DCIN1中HARQprocessnumber（1bit）字段是否正确。

二.1.2.测试结论

特性开通后，终端可以正常入网，基本功能生效，符合测试预期。

二.1.3.测试结果

1）UE开机，终端建立RRC连接后，eNodeB通过能力查询流程可以获取到终端能力，支持R14速率增强的扩展TBS（终端能力类型定义为ue-Category-NB:

NB2）和twoHARQ特性，能力字段分别为ue-Category-NB-R14和twoHARQ-Processes-R14，显示分别为nb2和supported。

eNodeB获取到终端能力后，通过S1AP_UE_CAPASBILITY_INFO_IND消息将终端能力信息发送给MME，MME进行存储。

终端再次入网时，eNodeB可以直接从MME获取终端能力，而不需要再从空口获取。

图2UE初次入网eNodeB从空口获取UE能力并传递给MME

图3RRC_UE_CAP_INFO_NB消息中显示终端支持扩展TBS和twoHARQ

2）UE完成附着后，因业务需要而再次发起随机接入过程中，eNB收到RRCConnectionRequest（携带m-TMSI）后，向MME发起S1AP的RETRIEVEUEINFORMATION流程，向MME获取UE能力信息。

3）MME通过UEINFORMATIONTRANSFER流程，把UE能力信息提供给eNB，UE信息中包含UECapability，且UE类别为CategoryNB2，twoHARQ-Processes-R14字段为supported，见图4。

支持Multi-Tone的终端会在RRCConnectionRequest消息中携带multiCarrierSupport-R13信元为true，见图5。

图4eNodeB从MME获取终端能力

图5eNodeB获取UE支持Multi-Tone

4）eNB得到UE能力后，在RRCConnectionSetup消息中，配置twoHARQ-ProcessesConfig=TRUE，双HARQ调度生效。

图6eNodeB使能twoHARQ调度

5）终端进行上下行业务传输，分别观察DCIN0（上行调度）和DCIN1（下行调度）中two_harq_process_number（1bit）字段，显示有两个HARQ进程（two_harq_process_number0和1），说明eNodeB使用twoHARQ进行调度，两HARQ生效。

6）上下行均采用MCS13调度，而3GPPR13的最大MCS为MCS12，说明扩展TBS生效。

7）观测上行调度信息中的subcarrierindlen字段，显示为12和6，即上行使用了12tone和6tone调度，Multi-Tone生效。

图7上行Multi-Tone&eTBS&twoHARQ调度生效

图8下行eTBS&twoHARQ调度生效

二.1.4.结果分析

基本功能正常。

二.2.R14特性上行单用户速率

二.2.1.测试用例

项目:

R14速率增强

分项目:

R14速率增强

测试地点建议

实验室/外场

测试目的:

1、验证R14速率增强UE上行用户速率；

预置条件:

1.E-UTRAN版本V100R13C10SPC210以及以上系统正常工作；

2.EPC系统V9R10C11版本以及以上版本正常工作；

3.NBR14终端，支持eTBS和Harq

测试步骤:

1.UE附着接入网络；

2.调节终端位置使UE工作在好点，MCL=110dB左右，在终端侧发起上行UDP灌包业务，持续3分钟，截图并记录上行平均速率，同时保存log。

3.调节终端位置使UE工作在中点，MCL=144dB左右，在终端侧发起上行UDP灌包业务，持续3分钟，截图并记录上行平均速率，同时保存log。

4.调节终端位置使UE工作在差点，MCL=154dB左右，在终端侧发起上行UDP灌包业务，持续3分钟，截图并记录上行平均速率，同时保存log。

5.调节终端位置使UE工作在极差点，记录掉话前MCL，在终端侧发起上行UDP灌包业务，持续3分钟，截图并记录上行平均速率，同时保存log。

输出数据要求及预期结果

1.终端接入网络成功；

2.终端速率稳定后，记录统计的上行物理层（MACTBS）速率；

3.记录终端侧信道配置相关参数，包括NPRACH配置参数，PDCCH配置参数；

4.统计UE的RSRP，上行SINR，上行速率，UE用户面上行时延，上行PRB利用率，NPDSCH/NPUSCH信道MCS，RU，重复次数，双HARQ调度比例，NPDCCH重复次数；

二.2.2.测试结论

1）R14速率增强打开后，Anchor载波单用户近点平均峰值速率120.1kbps。

2）R13在只打开Multi-Tone功能时，Anchor载波近点单用户平均峰值速率49.7kbps。

3）Non-Anchor载波上行单用户MAC层平均峰值速率147kbps，瞬时峰值速率可达158.5kbps。

4）R14速率增强打开后，相比R13上行峰值速率，Anchor载波平均峰值速率提升1.4倍，Non-Anchor载波提升2倍。

二.2.3.测试概述

本测试用例验证速率增强特性开通后的速率增益，包括Anchor载波和Non-Anchor载波。

UE入网后，每20ms发送1350字节数据包，进行上行发包。

在eNodeB通过性能监测观测MAC层速率。

其中：

MAC层上行速率=MAC层上行传输的总数据包大小/MAC层上行传输持续的总的时间。

二.2.4.测试结果

1）Anchor载波单用户上行速率

Anchor载波下，NB-IoT上行速率测试结果如下，可知R14特性打开，Anchor载波上行峰值速率120.1kbps，相比速率增强前的R13峰值速率49.7kbps提升1.4倍。

在RSRP≥-100dBm情况下，均可达到单用户峰值。

图9Anchor载波单用户上行MAC层速率

表2Anchor载波单用户上行MAC层速率

RSRP

（dBm）

3GPPR14速率增强

3GPPR13速率

上行SINR

覆盖等级

速率（kbps）

上行SINR

覆盖等级

速率（kbps）

-70

21.7

0

120.0

22.7

0

49.6

-75

22.4

0

120.1

22.2

0

49.8

-80

23.0

0

120.2

23.2

0

49.8

-85

22.8

0

120.0

22.9

0

49.8

-90

21.0

0

120.2

22.7

0

49.7

-95

20.9

0

120.0

21.2

0

49.7

-100

20.9

0

120.4

21.0

0

49.7

-105

17.0

0

117.9

20.9

0

49.7

-110

10.4

1

55.5

13.8

1

23.1

-115

6.6

1

28.4

9.4

1

22.0

-120

3.0

2

4.4

6.0

2

3.4

-125

-2.9

2

1.8

-1.0

2

2.7

2）Non-Anchor载波单用户上行峰值速率

下图为Non-Anchor载波上行MAC层峰值速率测试记录，平均峰值速率为147.0kbps，相比R13提升2.0倍。

图10Non-Anchor载波单用户上行MAC层峰值速率

二.2.5.结果分析

当Multi-Tone、扩展TBS和twoHARQ打开时，单用户上行峰值会出现在12tone，MCS13和twoHARQ全生效的时候。

按照基站的配置，不考虑各种开销和打断情况下，单用户上行的理论峰值为158.5kbps，即2536bits*2/32ms=158.5kbps。

其中：

Ø2536bits为MCS13最大的TBS，12tone时时域上消耗10个子帧。

Ø32ms为覆盖等级0调度周期16ms的整数倍。

此时调度的位图示例如下。

1/2分别表示twoHARQ进程

图11理想模型下单用户上行峰值位图

该种情况仅会出现在Non-Anchor载波下，因为Non-Anchor载波没有NPSS、NSSS、MIB和SIBx等公共信道开销，调度不会被打断。

下图为本次测试结果中eNodeB记录的Non-Anchro载波一次上行峰值速率的调度位图，与图11类似，在32ms内调度了2个HARQ进程，可见Non-Anchor载波上行瞬间峰值可以达到158.5kbps。

图12Non-Anchor载波上行调度位图

图13Non-Anchor载波上行调度位图

由于协议要求传输一段时间后，RLC层必须进行数据确认，即需要进行下行调度，对终端上行数据进行确认，由于NB采用半双工，下行调度期间无法传输上行数据，从而上行平均峰值速率会被拉低。

下图为RLC层下行确认的调度图，约调度24个上行调度（协议约束RLC层每8Kbytes会有一次状态报告），需要进行1次RLC层下行反馈。

下行调度期间，上行调度被打断，从而导致平均峰值速率降低，约147kbps。

图14RLC层数据传输状态确认

Anchor载波下，由于下行信道的#0，#4，#5，#9号子帧需要传输NPSS，NSSS，MIB，SIB1等公共信道消息，且其他子帧也会周期性地被系统消息块SIBx所使用，所以下行NPDCCH的调度可能会被打断，调度次数会比Non-Anchor载波少。

同时，由于上行会周期性地出现NPRACH，导致Multi-Tone无法全部调度12tone，只能调度6tone，所以Anchor载波的平均峰值会低于Non-Anchor载波的峰值。

如下图15和图16分别为Anchor载波和Non-Anchor载波的调度情况。

可知，Anchor载波下每秒平均调度47次，其中12Tone调度34次，占比72%，6Tone调度13次，占比28%。

Non-Anchor载波平均每秒调度58次，相比Anchor载波调度次数提升23.4%，且100%采用12Tone调度。

图15Anchor载波Multi-Tone调度

图16Non-Anchor载波Multi-Tone调度

二.3.R14特性下行单用户速率

二.3.1.测试用例

项目:

R14速率增强

分项目:

R14速率增强

测试地点建议

实验室/外场

测试目的:

1、验证R14速率增强UE下行用户速率

预置条件:

1.E-UTRAN版本V100R13C10SPC210以及以上系统正常工作；

2.EPC系统V9R10C11版本以及以上版本正常工作；

3.NBR14终端，支持eTBS和Harq

测试步骤:

1.UE附着接入网络；

2.调节终端位置使UE工作在好点，MCL=110dB左右，在终端侧发起下行UDP灌包业务，持续3分钟，截图并记录下行平均速率，同时保存log。

3.调节终端位置使UE工作在中点，MCL=144dB左右，在终端侧发起下行UDP灌包业务，持续3分钟，截图并记录下行平均速率，同时保存log。

4.调节终端位置使UE工作在差点，MCL=154dB左右，在终端侧发起下行UDP灌包业务，持续3分钟，截图并记录下行平均速率，同时保存log。

1.调节终端位置使UE工作在极差点，记录掉话前MCL，在终端侧发起下行UDP灌包业务，持续3分钟，截图并记录下行平均速率，同时保存log。

输出数据要求及预期结果

1.终端接入网络成功；

2.终端速率稳定后，记录统计的下行物理层（MACTBS）速率；

3.记录终端侧信道配置相关参数，包括NPRACH配置参数，PDCCH配置参数；

4.统计UE的RSRP，下行SINR，下行速率，UE用户面下行时延，下行PRB利用率，NPDSCH/NPUSCH信道MCS，RU，重复次数，双HARQ调度比例，NPDCCH重复次数；

二.3.2.测试结论

1）R14速率增强打开后，Anchor单用户近点平均峰值速率70.1kbps。

2）R13版本情况下，Anchor单用户近点平均峰值速率16.2kbps。

3）Non-Anchor载波下行单用户MAC层平均峰值速率84.7kbps，瞬时峰值速率105.7kbps。

4）R14速率增强打开后，相比R13上行峰值速率，Anchor载波平均峰值速率提升3.3倍，Non-Anchor载波提升4.2倍。

二.3.3.测试概述

本测试用例验证速率增强特性开通后的速率增益，包括Anchor载波和Non-Anchor载波。

由于测试服务器无法向终端进行满灌包测试，改用PING包方式进行下行速率测试，服务器每秒PING1次1400bytes的数据包。

在eNodeB通过性能监测观测MAC层速率。

其中：

MAC层下行速率=MAC层下行传输的总数据包大小/MAC层下行传输持续的总的时间。

二.3.4.测试结果

1）Anchor载波单用户下行速率

Anchor载波下，NB-IoT下行速率测试结果如下，可知Anchor载波下行峰值速率70.1kbps，相比速率增强前的R13峰值速率16.2kbps提升3.3倍。

在RSRP≥-95dBm情况下，均可达到单用户峰值。

该测试项由于测试环境无法采用下行灌包测试，而是采用PING测试替代，PING测试小包数据和上行PING的反馈，会拉低测试结果，详细见4.3.4结果分析章节描述。

仅对满包数据进行统计时，下行单用户峰值速率约81.7kbps。

图17Anchor载波单用户下行MAC层速率

RSRP

（dBm）

3GPPR14速率增强

3GPPR13速率

下行SINR

覆盖等级

速率（kbps）

下行SINR

覆盖等级

速率（kbps）

-72

22.0

0

73.6

18.8

0

16.3

-75

20.8

0

68.8

17.5

0

16.2

-80

21.8

0

69.1

20.0

0

16.0

-85

21.6

0

70.2

19.3

0

16.3

-90

21.4

0

68.0

20.3

0

16.1

-96

20.4

0

70.9

20.2

0

16.1

-101

17.8

0

65.6

19.0

0

15.9

-105

13.7

0

53.4

15.3

0

14.5

-110

13.2

1

42.8

12.6

1

9.4

-115

9.2

1

32.4

9.6

1

6.2

-120

4.6

2

5.6

5.0

2

2.1

-124

0.9

2

1.8

0.0

2

1.5

2）Non-Anchor载波单用户下行峰值速率

如下图为Non-Anchor载波监测的下行吞吐率，平均峰值速率为84.7kbps。

图18Non-Anchor载波单用户下行峰值速率

二.3.5.结果分析

当扩展TBS和twoHARQ打开时，Non-Anchor载波单用户下行峰值会出现在MCS13和twoHARQ全生效的时候。

按照基站的配置，不考虑各种开销和打断情况下，单用户下行的理论峰值为105.7kbps，即2536bits*2/48ms=105.7kbps。

其中：

Ø2536bits为MCS13最大的TBS，时域上消耗10个子帧。

Ø48ms为覆盖等级0调度周期16ms的整数倍。

此时调度的位图示例如下。

图19理想模型下单用户下行峰值位图

该种情况仅会出现在Non-Anchor载波下。

下图为本次测试的Non-Anchro载波一次下行峰值速率的调度位图，与图19类似，可见Non-An