NB-IoT物联网系统重选优化方法研究

张 峰

中邮建技术有限公司

0 引言

NB-IoT是一种基于蜂窝的窄带物联网技术，它是低功耗广域网（Low Power Wide Area Network，简称LPWA）技术的一种标准，并由3GPP（第三代合作伙伴计划 国际标准组织）负责其标准化制定工作。

NB-IoT主要应用于低吞吐量、能容忍较大时延且低移动性的场景，如智能电表、遥感器和智能建筑等。NB-IoT可直接部署于已有的GSM或LTE网络中，即可复用现有基站以降低部署成本，实现平滑升级。

NB-IoT终端的主要应用场景皆属于低移动性场景，为了兼顾NB-IoT的低复杂度与低成本的需求，在R13中将切换（Handover）流程给移除了。目前，NB-IoT 终端在不同的基站间移动时，先进行RRC连接的释放，然后同新的基站建立RRC连接。

1 NB-IoT重选技术简介

对NB-IoT来说，目前的移动性管理是通过重选进行的。但NB-IoT中，小区重选的机制进行了相应的简化处理。由于NB-IoT终端不支持紧急拨号的功能，所以当NB-IoT终端无法找到合适覆盖小区时，该NB-IoT终端不会暂时驻扎（Camp）在Acceptable Cell，取而代之的是持续搜寻直到找到Suitable Cell为止（根据3GPP TS 36.304规格的定义，所谓的Suitable Cell为可以提供正常服务的Cell，而Acceptable Cell为仅能提供紧急服务的Cell）。

小区重选的主要执行者是终端，重选整个过程网络侧的设备并不参与，所以重选性能的评估及重选问题的发现只能通过路测进行。NB-IoT的小区重选遵循R准则，具体计算公式如下：

Rs= Qmeas,s+ QHyst- Qoあsettemp Rn= Qmeas,n- Qoあset-Qoあsettemp

表1 NB-IoT重选参数

NB-IoT中Qoあset只针对异频重选的频点而言，同频重选不再有小区偏置。

UE对满足S准则的所有测量到的小区按照如上R准则进行排序，如果排序为最好的小区不是当前的服务小区，且满足如下两个条件，则触发小区重选（重选到该排序最好的小区）。

（1）新小区比原服务小区的质量好的时长超过Treselection。

（2）UE在原服务小区的驻留时长超过1s。如果在重选过程中找不到合适的小区，则UE进入任何小区选择状态。

2 NB-IoT重选原则

NB-IoT小区在重选之前，必须先进行邻区测量，邻区测量必须满足一定的条件。随着UE成功进入小区驻留状态，当前只有满足同频/异频测量规则时，才对邻区进行测量与显示，而不会实时对邻区进行测量与显示。下图是路测软件中显示的小区重选相关参数，通过系统消息3下发。

图1 路测软件信令截图

系统消息3下发重选门限参数：当前配置下当服务小区RSRP小于等于-65×2+30×2= -70 才启动对邻区进行测量；RRC层通过RSRP测量结果计算Srxlev，并将该值与同频/非同频测量启动门限Sintrasearch和Snonintrasearch进行比较，作为是否启动邻小区测量的判决条件之一。整个流程如下图所示：

图2 小区重选流程

（1）UE在进行小区重选时，根据当前服务小区的信号质量对邻区进行测量，当前服务小区Srxlev的计算公式与小区选择S准则中公式Srxlev = Qrxlevmeas-Qrxlevmin-Pcompensation–Qoあsettemp相同。

（2）当前信号质量Srxlev的计算公式中Qrxlevmin用的是在SIB1中广播的小区最低接收电平值，通过参数CellSel.QRxLevMin配置，不使用SIB3、SIB5中Qrxlevmin。

（3）该终端判断是否需要进行异频测量时，实际条件与特性文档略有差异：

1）当Srxlev≥SnonIntraSearchP时，不对异频邻区测量；当Srxlev

2）当同频测量门限s-IntraSearchP与异频测量门限s-NonIntraSearch不变时，提高参数CellResel.QRxLevMin配置的同频邻区最低接收电平值或提高EutranInterNFreq.QRxLevMin配置的异频邻区最低接收电平值，并不能使NB-IoT同频、异频邻区测量提前启动；提高参数CellSel.QRxLevMin配置的最低接收电平值才能使NB-IoT同频、异频邻区测量更早启动，但这将使小区选择的要求变高。

3 典型案例

3.1 某市重选参数设置不合理导致NB-IoT测试SINR差

（1）问题描述

某市在进行性能测试时，发现由于重选异常导致整体SINR值偏低。

（2）问题分析

选取某市某特定区域作为组网验证区域，涉及NB站点40个，102个扇区。规划测试路线60km，测试时长3小时。测试配置使用高通芯片鼎利终端、Pioneer测试软件。测试过程中发现部分路段存在重选不及时导致测试路段SINR差，甚至脱网情况出现。

图3 某市测试问题图

NB-IoT重选不及时分析：从鼎利软件解析上来看，空口采集的测试LOG中，重选过程服务小区SINR低，在重选过程中及重选后有几个点重复读取该值。如图中重选过程中03∶50∶17.579 到 03∶50∶19.202 时间段内 2s多持续记录 SINR 值保持上一次重选完成后的测量值。与鼎利厂家确认终端上报机制：在终端重选后的低S I N R采样，在Pioneer软件上数据解析采用继承机制，即终端天线端口上报数据的频率低时，测试软件继承上一个数据一段时间，然后等待数据更新。

图4 重选问题信令截图

从整体原因来看，影响NB-IoT终端测试重选不及时的主要原因为网络参数设置，默认设置SIB消息下发周期、小区重选迟滞值、同频重选时间等重选相关参数均设置较大，终端较难从主服小区重选至目标小区。

表2 优化前后参数对比

（3）测试验证

经过网络参数修改及鼎利软件设置修改，对某市NB-IoT网络连片区域进行验证，拉网验证综合覆盖率提升明显，平均提升5.7%；SINR提升在1db左右。详见下表：

表3 优化前后表格对比

表4 优化前后重选业务表格对比

由于重选不及时导致的SINR质差问题路段，修改后解决效果明显。依旧存在少部分SINR质差路段，这是由于RSRP覆盖较弱导致。

优化前后主要指标对比：

图5 优化前后RSRP对比

图6 优化前后SINR对比

从上面可以看出，修改重选参数并优化后，全网路测的覆盖率得到明显提升，从79.37%上升到85.71%，RSRP和SINR也得到明显提升。

4 总结

通过研究NB-IoT移动性管理机制，总结输出了NB-IoT重选业务优化方法。SIB消息下发周期、小区重选迟滞值、同频重选时间等重选相关参数对重选性能影响较大，通过优化重选参数加快终端重选速度，提升了NB-IoT整体网络性能。