NB-IoT資源調(diào)度技術(shù)以及優(yōu)化策略

曹祥風(fēng)

摘要

NB-IoT是一種基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，主要應(yīng)用于低吞吐量、能夠容忍較大時(shí)延以及低移動(dòng)性場(chǎng)景，如智能停車、智能家居、智慧城市等應(yīng)用。NBIoT信道帶寬為180kHz，在如此低的信道帶寬要支持眾多接入用戶，一方面單個(gè)終端以極低頻次接入，另一方面基站要面對(duì)數(shù)萬個(gè)終端的隨機(jī)接入，因此需要盡可能優(yōu)化資源分配和調(diào)度策略，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。本文先對(duì)NB-IoT資源調(diào)度的一些基本概念做些介紹，然后再對(duì)上下行物理信道的調(diào)度策略優(yōu)化措施進(jìn)行一些探討。

【關(guān)鍵詞】NB-IoT 物聯(lián)網(wǎng) HARQ 資源調(diào)度 策略優(yōu)化

NB-IoT是一種窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在NB-IoT中無論上行還是下行均只有1個(gè)HARQprocess，降低對(duì)UE并行處理能力和緩存的要求，并且上下行均為自適應(yīng)異步HARQ，即上下行接收發(fā)送和確認(rèn)沒有固定的時(shí)序，使得調(diào)度非常靈活，能夠適應(yīng)海量UE接入，以及適應(yīng)不同的鏈路環(huán)境，同時(shí)也帶來了基站以及UE調(diào)度策略的復(fù)雜度，如果調(diào)度策略控制不好，會(huì)引起資源沖突或資源調(diào)度稀疏，反而降低傳輸效率。

1 上行HARQ流程

步驟1：基站在PIPDCCH信道發(fā)送DclNO控制信息，UE通過盲檢NPDCCH可以得知控制信息中給定的上行NPUSCH信道信息。

步驟2：UE延遲一定時(shí)間（基站策略協(xié)調(diào)多個(gè)UE的接入時(shí)機(jī)避免沖突）后發(fā)送NPUSCH信息，其編碼方式、冗余版本、重復(fù)次數(shù)等信息均在DCI NO中獲得。

步驟3：基站收到NPUSCH后，確定下次在DCI NO發(fā)送新數(shù)據(jù)還是對(duì)本次數(shù)據(jù)的重傳標(biāo)識(shí)。

2 下行HARQ流程

步驟1：基站在NPDCCH信道上發(fā)送DCIN1控制信息，UE通過盲檢NPDCCH可以得知控制信息中給定的下行NPDSCH信道信息。

步驟2：基站延遲一定時(shí)間（基站策略協(xié)調(diào)多個(gè)UE的調(diào)度時(shí)機(jī)避免沖突）發(fā)送NPDSCH信息，編碼方式、重復(fù)次數(shù)等信息均在DCIN1中告知UE。

步驟3：UE收到NPDSCH后，若CRC正確則在上行信道上反饋ACK，否則反饋NACK。

步驟4：基站檢測(cè)到NPUSCH ACK/NACK信息后，在隨后下行NPDCCH控制信道的DCIN1中發(fā)送新數(shù)據(jù)或重傳標(biāo)識(shí)。

上面介紹了上行HARQ和下行HARQ協(xié)議流程，在實(shí)際工作環(huán)境下，上行HARQ和下行HARQ是穿插工作的。在不同覆蓋場(chǎng)景以及不同信道條件下，可能由于信道接收質(zhì)量或者基站多用戶資源調(diào)度等方面原因，使得UE上下行業(yè)務(wù)得不到充分調(diào)度，可能會(huì)錯(cuò)過基站分配的授權(quán)或者基站長(zhǎng)時(shí)間不給授權(quán)時(shí)要及時(shí)發(fā)起連接態(tài)隨機(jī)接入申請(qǐng)授權(quán)。

UE有上行數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，需要等待基站給予授權(quán)，如果等待時(shí)間（SR定時(shí)器）取值較短，在一定時(shí)間沒有等到上行授權(quán)（基站很可能正在規(guī)劃），那么UE會(huì)觸發(fā)連接態(tài)隨機(jī)接入，在隨機(jī)接入過程中可能會(huì)錯(cuò)過這段時(shí)間下行接收，進(jìn)而又在RLC層產(chǎn)生重傳，造成上行數(shù)據(jù)投遞產(chǎn)生較大延遲。如果等待時(shí)間取值較長(zhǎng)，又會(huì)影響數(shù)據(jù)包投遞到高層的時(shí)延，影響數(shù)據(jù)交互實(shí)時(shí)性和用戶體驗(yàn)。這里，等待時(shí)間就需要采取策略進(jìn)行優(yōu)化，需要兼顧不同場(chǎng)景取得一個(gè)綜合性平衡。

UE上有數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)要發(fā)送，但是在不穩(wěn)定的衰落信道條件下，上行發(fā)送和下行數(shù)據(jù)接收可能會(huì)出現(xiàn)漏收或錯(cuò)收現(xiàn)象，這種情況下可能錯(cuò)過基站發(fā)送的DCI N0授權(quán)信息。UE啟動(dòng)SR定時(shí)器監(jiān)控，當(dāng)有上行數(shù)據(jù)要發(fā)送，且定時(shí)器超時(shí)后未收到DCI N0時(shí)，就認(rèn)為基站未調(diào)度或者DCI N0丟失，需要發(fā)起連接態(tài)隨機(jī)接入申請(qǐng)上行授權(quán)發(fā)送上行數(shù)據(jù)。

UE通過檢測(cè)NPDCCH來獲取DCI N0控制信道信息。NPDCCH是通過搜索空間盲檢得到，與PDCCH盲檢周期（TPDCCH=Rmax*G）有關(guān)，在不同覆蓋等級(jí)下TPDCCH周期取值范圍可以在8ms～10240ms之間變化，差異非常懸殊，因而在等待時(shí)間上需要結(jié)合TPDCCH周期來考慮。

下面我們對(duì)終端資源調(diào)度策略進(jìn)行一些探討性研究。NB-IoT主要應(yīng)用在低功耗、低速率、低移動(dòng)、極限覆蓋等場(chǎng)景，在不同場(chǎng)景下隨機(jī)接入信道和業(yè)務(wù)信道的配置相差非常大，對(duì)于正常覆蓋CEO等級(jí)，典型的Rmax=8，G=2，而在增強(qiáng)覆蓋CE2等級(jí)時(shí)，Rmax可以配置到64甚至256，而G值也可能配置為較大的值，從而NPDCCH搜索空間周期相差很大。不同信道條件下，NPDCCH/NPDSCH/NPUSCH的重復(fù)次數(shù)也會(huì)相應(yīng)自適應(yīng)調(diào)整（AMC）?；谝陨蠄?chǎng)景考慮，我們?cè)谡{(diào)度策略上做些優(yōu)化：

（1）SR定時(shí)器與NPDCCH周期關(guān)聯(lián)?；驹谙到y(tǒng)消息中廣播不同接入等級(jí)的PRACH資源，UE在隨機(jī)接入前測(cè)量基站NRS信道RSRP值，選擇相應(yīng)接入等級(jí)，同時(shí)也確定了USS Rmax*G值（即NPDCCH周期），UE在連接態(tài)使用的SR監(jiān)控定時(shí)器采用一套與USS周期相關(guān)聯(lián)的算法，比如將NPDCCH周期分成幾個(gè)檔位，每個(gè)檔位使用不同SR定時(shí)器長(zhǎng)度。

（2）SR定時(shí)器與BSR上報(bào)相關(guān)。UE結(jié)合BSR上報(bào)情況來判斷是否預(yù)期基站有調(diào)度，考慮最后一次BSR上報(bào)是否發(fā)送成功，并結(jié)合基站狀態(tài)報(bào)告來確認(rèn)。如果有新上行數(shù)據(jù)到達(dá)，協(xié)議?？上扰袛嘀癇SR上報(bào)的情況，如果長(zhǎng)時(shí)間未上報(bào)BSR或最后一次上報(bào)為0值BSR，則判斷基站不會(huì)主動(dòng)調(diào)度授權(quán)，則需要立即觸發(fā)SR接入;如果新數(shù)據(jù)到達(dá)之前己上報(bào)BSR，則判斷基站會(huì)主動(dòng)調(diào)度授權(quán)，這時(shí)可等待SR定時(shí)器超時(shí)在發(fā)起接入，以防止授權(quán)被漏檢或基站異常未調(diào)度的情況。

通過以上策略優(yōu)化改進(jìn)，我們?cè)趯?shí)際外場(chǎng)測(cè)試中已經(jīng)得到驗(yàn)證能夠顯著提升業(yè)務(wù)穩(wěn)定性和降低數(shù)據(jù)包傳遞時(shí)延。

3 結(jié)論

本文重點(diǎn)對(duì)NB-IoT的上下行調(diào)度策略優(yōu)化進(jìn)行了探討，調(diào)度策略優(yōu)化的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的：即在需要觸發(fā)SR接入時(shí)能快速響應(yīng)并立即觸發(fā)SR接入，有效減少等待時(shí)延;在預(yù)期有調(diào)度的時(shí)候，可適當(dāng)拉長(zhǎng)等待時(shí)間，既能避免過早觸發(fā)SR接入，又能保證在上行授權(quán)被漏檢或異常未調(diào)度時(shí)可通過及時(shí)發(fā)起隨機(jī)接入申請(qǐng)上行授權(quán)來發(fā)送數(shù)據(jù)，從而降低接入時(shí)延。

參考資料

[1]邱剛.NB-IoT系統(tǒng)資源調(diào)度研究[J].中興通訊技術(shù)，2017（Ol）.

[2]盧斌.NB-IoT物理控制信道NB-PDCCH及資源調(diào)度機(jī)制[J].移動(dòng)通信，2016（23）.