NB—IoT隨機(jī)接入過程搜索空間轉(zhuǎn)換

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18 0kHz，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，本文對(duì)NBIoT物理層隨機(jī)接入過程中搜索空間轉(zhuǎn)換一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】NB-IoT 物聯(lián)網(wǎng) 隨機(jī)接入 搜索空間

1 NB-IoT定義

NB-IoT是一種窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，NBIoT定義了三種搜索空間：

（1） USS，連接態(tài)UE專用信道接收；

（2） CSS for RA，隨機(jī)接入RAR消息接收；

（3） CSS for Paging，尋呼接收。

2 NB-IoT隨機(jī)接入過程搜索空間轉(zhuǎn)換

CSS為公共搜索空間，對(duì)一個(gè)基站下所有UE適用，而USS為UE專用搜索空間，僅對(duì)特定UE在進(jìn)入連接態(tài)后適用。3GPP協(xié)議規(guī)定UE只需要監(jiān)控一種搜索空間即可，不需要同時(shí)監(jiān)控二種搜索空間。

UE在空閑態(tài)時(shí)，按設(shè)定的DRX周期，用CSS for Paging搜索空間去檢測(cè)下行尋呼指示，若沒有收到尋呼指示則進(jìn)入睡眠狀態(tài)。若UE接收到基站發(fā)給自己的尋呼指示或者UE在空閑態(tài)有上行數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，UE需要發(fā)起隨機(jī)接入請(qǐng)求，UE用CSS for RA搜索空間去檢測(cè)基站的隨機(jī)接入響應(yīng)信息，在隨機(jī)接入成功后，UE將進(jìn)入連接態(tài)并用USS搜索空間去接收和發(fā)送上下行用戶數(shù)據(jù)。在隨機(jī)接入過程中涉及到css和USS的轉(zhuǎn)換時(shí)機(jī)，如果基站和UE兩者轉(zhuǎn)換時(shí)機(jī)不一致，就會(huì)出現(xiàn)問題，在本文后面會(huì)詳細(xì)進(jìn)行介紹。

在NB-IoT中隨機(jī)接入過程的主要作用與LTE類似，獲取上行同步，空閑態(tài)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)與網(wǎng)絡(luò)建立RRC連接，進(jìn)入RRC連接態(tài)后若SR定時(shí)器超時(shí)未等到上行授權(quán)時(shí)發(fā)起隨機(jī)接入申請(qǐng)授權(quán)發(fā)送上行數(shù)據(jù)。

終端開機(jī)后從系統(tǒng)消息SIB2中獲取PRACH信道配置和資源以及CSS for RA搜索空間參數(shù)（ Rmax、StartSF-CSS-RA、Offset-RA）。UE處于空閑態(tài)時(shí)，如果有上行數(shù)據(jù)要發(fā)送，UE根據(jù)下行參考信號(hào)RSRP測(cè)量值確定CE接入等級(jí)，選擇相應(yīng)的PRACH資源。UE發(fā)送Premble后，在RA響應(yīng)窗長(zhǎng)范圍內(nèi)使用CSS for RA搜索空間來檢測(cè)基站是否發(fā)送RAR消息。若檢測(cè)到RAR，UE使用RAR中分配的UL Grant資源，在NPUSCH上發(fā)送Msg3，接著啟動(dòng)CR沖突檢測(cè)定時(shí)器去監(jiān)控基站的Msg4消息?；臼盏組sg3消息后，如果多個(gè)UE接入不存在沖突，那么構(gòu)建Msg4消息，在Msg4消息包含沖突解決標(biāo)識(shí)字段，基站仍然在CSS for RA搜索空間放置DCINl。UE在CR沖突檢測(cè)定時(shí)器超時(shí)前，仍然使用CSS for RA搜索空間盲檢NPDCCH，在解出Msg4消息后，判斷沖突解決標(biāo)識(shí)字段和本UE在Msg3中標(biāo)識(shí)一致，認(rèn)為隨機(jī)接入成功。UE在NPUSCH format2上行信道發(fā)送ACK消息給基站，UE轉(zhuǎn)入RRC連接態(tài)。UE后續(xù)對(duì)下行控制信道NPDCCH的盲檢將從CSS公共搜索空間轉(zhuǎn)為USS專用搜索空間。

在基站側(cè)，收到UE對(duì)Msg4的ACK確認(rèn)后，也從CSS for RA搜索空間轉(zhuǎn)換到USS專用空間，兩端搜索空間同時(shí)切換，保持步調(diào)一致?；驹赨SS專用空間的NPDCCH上通過DCI NO給UE的Msg5提供上行授權(quán)?；臼盏組sg5消息后，接著進(jìn)行鑒權(quán)、加密完保、安全協(xié)商、PDP默認(rèn)承載建立等NAS過程。若基站側(cè)由于信道質(zhì)量差導(dǎo)致Msg4的NPDSCH解碼失敗，那么基站和UE將仍然保持在CSS for RA搜索空間繼續(xù)隨機(jī)接入重新接入過程。

在隨機(jī)接入過程中涉及基站和UE兩端搜索空間的轉(zhuǎn)換時(shí)機(jī)，基站和UE的搜索空間如果出現(xiàn)不一致，后續(xù)信息交互就無法繼續(xù)。UE發(fā)送Msg4 ACK后，UE從css公共搜索空間轉(zhuǎn)換到uss專用空間。若上行信道質(zhì)量此時(shí)惡化，基站并沒有收到Msg ACK消息，基站會(huì)重復(fù)發(fā)送Msg4消息，基站會(huì)在CSSfor RA空間放置NPDCCH DCI Nl，而UE此時(shí)已經(jīng)轉(zhuǎn)換到USS空間，無法按CSS空間去盲檢NPDCCH DCI Nl，基站和UE搜索空間不一致，導(dǎo)致Msg4重發(fā)失敗，進(jìn)而隨機(jī)接入失敗。

如何克服這個(gè)問題？這里探討2種方案。雖然3 GPP3 6.213協(xié)議上沒有要求UE同時(shí)監(jiān)控兩種搜索空間，但是UE可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)監(jiān)控兩種搜索空間，雖然一定程度上增加了UE實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，但是提高了接入流程效率。另外，UE還可以根據(jù)當(dāng)前信道質(zhì)量適當(dāng)采取一定策略增加Msg4 ACK發(fā)送功率，提高基站正確檢測(cè)概率，在這個(gè)時(shí)刻可能在基站側(cè)會(huì)引起短暫的遠(yuǎn)近效應(yīng)（即影響其他UE的上行檢測(cè)），用比較小的重傳代價(jià)換取一次終端成功接入。

另外一個(gè)需要考慮的是搜索空間改變后從哪個(gè)時(shí)刻點(diǎn)開始生效。根據(jù)3GPP36.211協(xié)議，USS搜索空間的起始子幀k=kb要滿足條件（lOn_f+「n_s/2」）modT=α_affset， 如果CSS和USS空間轉(zhuǎn)換時(shí)間點(diǎn)超過kh，那么在T=R_max G剩余的不完整的空間中是否還可以放置NPDCCH DCI數(shù)據(jù)呢？如果基站和UE實(shí)現(xiàn)不一致，UE就會(huì)錯(cuò)過接收基站下發(fā)NPDCCHDCI NO上行授權(quán)的時(shí)機(jī)，最終也會(huì)導(dǎo)致隨機(jī)接入失敗。為了解決這個(gè)問題，3GPP提案對(duì)此做了完善，當(dāng)搜索空間進(jìn)行重配置后，為了簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)，UE不需要監(jiān)控不完整的搜索空間，新的USS搜索空間在45ms處理延時(shí)后生效。這樣，從標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議層面解決了搜索空間切換時(shí)機(jī)問題。

3 結(jié)語

本文對(duì)NB-IoT的隨機(jī)接入過程和搜索空間概念進(jìn)行了介紹。接下來探討搜索空間轉(zhuǎn)換過程中基站和終端的轉(zhuǎn)換時(shí)機(jī)，并提出了2種優(yōu)化策略。通過本文的介紹，可以使讀者的NB-IoT隨機(jī)接入過程的搜索空間轉(zhuǎn)換有一個(gè)比較深入的認(rèn)識(shí)。

參考文獻(xiàn)

[1]曹政.NB-IoT隨機(jī)接入過程的研究與實(shí)現(xiàn)[J].無線電通信技術(shù)，2018 （01）.

[2]陳發(fā)堂.NB-IoT隨機(jī)接入過程的分析與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2018 （02）

[3] 3GPP TS 36. 213 ”Physical LayerProcedures”[S].2017.