2023年7月29日发(作者：)

NB-IOT RRC连接成功率特性参数验证研究

摘 要：窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）技术如今已是万物互联网络中的重要分支，其优势在于成本小、覆盖面广、功耗低、多元连接数等。在公共事业、智慧城市、物流仓储、共享单车、气表以及医疗健康等诸多领域中均有广泛的应用。NB-IOT网络规模后，NB-IOT网络客户感知指标更多反映在接入、完整性上，要加强动态监控与优化。考虑到NB网络仅允许重选，故以NB-IOT无线网为依托的RRC连接构建成功率，成为目前重要的优化指标，同时也是最关键的用户感知指标。

关键词：NB-IOT 、NB接通率、异常终端、NB用户感知

前言

大数据时代，业界一致认为万物互联是未来的趋势。但现实情况是，移动网络上承载的物物连接在联接总数中仅有10%，多数物物联接均是利用蓝牙、WIFI等通信技术来实现。基于运营商的视角，物联网架构很难为他们提供必要的利润空间。由于传统业务的持续收窄，各行业均在探索新的增长点，人与人连接逐步饱和，人与物、物与物的市场才刚开始。现代社会，迫切需要构建一个强大的蜂窝物联网。2016年6月16日，作为3GPP R13中的重要课题，窄带物联网已成功获得审批。这就意味着无线产业支持和兼容的NB-IOT标准核心，经过两年多的研究已基本落地，基于当下的移动通信架构，为连接更多设备提供了标准和可能。

1.原理机制

1)指标定义：

RRC连接的功能在于承载Uu接口连接，在NB-IoT小区中的构建成功率体现了NB-IoT小区提供RRC连接的能力。通过对NB-IoT小区中各类RRC连接提出的构建请求、建立尝试以及成功建立的次数，我们能够计算出RRC连接在各NB-IoT小区中是否得到成功建立。

现网NB-IoT小区中，可按下式来计算出RRC连接成功率：

NB-IoT小区RRC连接成功率＝NB-IoT小区RRC连接建立成功次数/建立尝试次数*100%。

如图1，建立尝试次数计入的是RRC Connection Request的具体次数，而建立成功次数用于计入的则是RRC Connection Setup Complete次数。

图1：RRC 信令连接流程

RRC连接建立的请求、尝试以及成功次数这3项指标均，依次为0/1/2这3个不同的覆盖等级，RRC连接请求次数（排除重发）、建立完成次数中涵盖了4种建立原因值：mt、mo-sig、mo-data、mo-exceptiondata。

2)网管失败原因解释：

NB-Iot小区RRC建立不成功，有如下9个具体的原因，如表1：

序指标描述

号

信令结束点

1NB-IoT小区RRC连接拒绝次数

RRC连接拒绝 2NB-IoT小区资源分配失败而导致RRC连接建立失败次数

RRC连接拒绝

3NB-IoT小区用户数规格受限导致的RRC连接建立失败次数

RRC连接拒绝

4NB-IoT小区MME过载导致的发送RRC

Connection Reject消息次数

RRC连接拒绝

5NB-IoT小区UE无应答而导致RRC连接建立等待RRC连接建立完成超时

失败次数

6NB-IoT小区覆盖等级0下UE无应答而导致等待RRC连接建立完成超时

RRC连接建立失败次数

7NB-IoT小区覆盖等级1下UE无应答而导致等待RRC连接建立完成超时

RRC连接建立失败次数

8NB-IoT小区流控导致的RRC Connection

直接丢弃RRC连接请求消息

Request消息丢弃次数

表1：NB-Iot小区RRC建立失败原因

第1~4种表示的是RRC连接拒绝，第5~7种代表的是定时器超时，而第8种则表示直接丢弃RRC连接请求消息，其信令统计结果如图2。 图2：失败原因信令统计点

实践中，失败原因大致为：设备故障、外界干扰、参数配置失误、终端出错等。

2.验证内容

1)小区弱覆盖优化

a)通过天馈调整解决覆盖问题

利用后台了解TA、MR实际的覆盖状态，根据覆盖等级来选出覆盖太远的小区，借助卫星地图来对终端集中点进行判断，调整问题、周边小区各自的方位角、输出功率等。

b)拆闲补盲解决覆盖不足

有些弱覆盖区域没有办法利用天馈来处理弱覆盖这一难题，如有新楼盘遮盖，附近800M小区并未开放NB小区，建议使用长期零接入的license，达到补盲覆盖之效果。

2)小区退服故障处理

故障小区或将造成接入失败，或是信号零输出引起上下行失衡，降低接通率。因此，有必要对现网小区实施断链闭锁类、驻波与射频类以及传输故障类告警，加强针对性处理。

3)干扰排查及频点优化 对于上行平均干扰在-105以上的TOP小区，需要实施干扰排查，有些厂家并无具体指标，建议参考周边800M小区实际的干扰情况。

针对有干扰的小区，假设排查后找不到干扰因素，建议更换新的频点。广西目前已推行2506单频点方案，存在较为突出的同频干扰现象，SINR值相对较差。

图3：单组频点频带划分图

建议使用异频组网：2504、2506和2508三频点异频组网方案

图4：多组频点频带划分图

编号

号

频点中心频率

频率下沿

频率上沿

1

2504

879.4

879.3

879.5

2

2506

879.6

879.5

879.7

3

2508

879.8

879.7

879.9

表2：频点、频率对应表 该方案NB最终选定频点2504(中心频率879.4)、2506(中心频率879.6)、频点2508(中心频率879.8)，和CDMA283频点之间保持195kHz，和880M边界之间相隔100kHz。如此，站内3个小区均能够分隔使用，防止重叠覆盖的情况下产生同频干扰。只有规划得当，能够较好地减少同频对打。利用异频组网可以防止同MOD3对打，节省PCI资源，减少MOD3干扰引起的接通现象。

4)异常终端优化

针对TOP小区，假设在时间上很有规律，每日在某个特定时间段恶化，即判定异常终端。部分场景，如学习洗浴中心，每晚18-19点是学生的洗澡高峰期，此时的水电卡系统也会采集消费数据，随即上报并完成计费。该情况下，设备波动或是参数出错均会造成接入失败。

假设时间上没什么规律，建议查询小区MR覆盖率及其TA分布状态，判断有无弱覆盖。若是弱覆盖点数非常少，可能是异常终端引起。将小区内的最小接入电平转换为-100，若仍有RRC连接失败的现象，则同样判断终端异常。

异常终端通常是按投诉进行处理，如果无投诉，仅需调整参数进行规避。这里，我们针对异常终端总结了具体的修改参数：

参数名称

原值

修改值

NB-IoT RRC连接惩罚门限

91

2

定时器T302

5s

16s

NB-IoT RRC连接惩罚门限解释： 该参数代表的是RRC连接惩罚门限。考虑到终端兼容性，有时会有终端屡次接入失败的现象。当参数=0，代表无需RRC连接惩罚功能；当参数≠0，代表使用。RRC连接惩罚功能，反映的是基站在连接惩罚判断时接收到相同用户的RRC连接请求次数已经高于惩罚门限，此时基站也会拒绝发起的建立请求；或是在连接惩罚判断时，基站接收的相同用户RRC连接请求次数已严重多于该惩罚门限，此时基站也会拒绝对方的请求。连接惩罚判断时长：min{T300ForNb+FilterReptRrcConnReqTimer, MaxFilterTimer}。V100R015C10及前期版本，MaxFilterTimer取值均为17s，其余均取35s。

对无线网络的影响：针对异常终端多次、反复RRC接入场景，该参数越小，说明越可能达到RRC连接惩罚门限，造成eNodeB下发RRC连接并遭到拒绝，避免NB-IoT UE多次接入浪费过多的资源。不过，该NB-IoT UE再次接入可能需要更多的时延；针对异常终端反复RRC接入场景，该参数越高，则越难以接近于RRC连接惩罚门限，从而出现eNodeB难以下发RRC连接，NB-IoT UE反复接入可能会耗费额外的资源。

5)批量参数优化

针对全网整体RRC连接成功率，建议对下列参数进行批量修改：

参数名称

原值

修改值

前导最大传输次数自适应开关

关

开

Backoff控制算法开关

关

开

下行调度优化开关

关

开

双HARQ开关

关

开 扩展型接入禁止算法开关

关

开

Multi-tone开关

关

开

扩展TBS开关

关

开

UCI重复次数自适应开关

关

开

上行近点MCS优化开关

关

开

上行接入用户调度优化开关

关

开

NBCELL:THREE_MODE_BASED_ON上行干扰随机化模式

关

_PCI（表示使用上行干扰随机化算法）

NB R13兼容性开关

关

开

NB-IoT逻辑信道服务请求禁止定时器

NOT_CFG(不配置)

COVERAGE_LEVEL_0==PP2;

COVERAGE_LEVEL_1==PP2;

COVERAGE_LEVEL_2==PP2;

NB-IoT定时器T300

10000毫秒

60000毫秒

小区重选迟滞值

1

3 覆盖等级0：冲突解决定时器

80

480

表3：NB-IoT批量修改特性参数原值/修改值

3.验证方案

1)优化分析

TOP小区优化：选出河池由于异常终端对NB建立存在影响甚至干扰的125个TOP小区。同时，将NB-IoT RRC连接惩罚门限由最初的0调整为2，RRC连接惩罚门限从关闭设定为打开。

优化参数：对于异常终端，要选择合适的规避方式，对异常终端中的无效接入进行限制甚至减少。规避参数有两种情况，一是NB-IoT RRC连接惩罚门限，二是定时器T302。不过，T302在很多情况下都会影响正常的终端。因此，本次只对NB-IoT RRC连接惩罚门限做出修改。

现网规划核查：认真核查现网中的各类参数，及时修改其中的不一致参数，前导最大尝试次数0/1/2均设定为3次，在本次均调整至4次，其目的在于确保连接接入在弱覆盖场景下的成功。

2)优化策略

仔细核查现网各类特性参数，修改其中不一致的地方，核查参数和修改小区数，见下表：

参数名称

修原值

修改值

正小区数

NB-0

2

1IoT RRC连接惩罚门限

25

RRC连接惩罚统计开关

关

开

25

1前导最大传输次数自适应开关

关

开

1810

Backoff控制算法开关

关

开

0

下行调度优化开关

关

开

0

2双HARQ开关

关

开

5

1扩展型接入禁止算法开关

关

开

20 Multi-tone开关

关

开

5

1扩展TBS开关

关

开

15

UCI重复次数自适应开关

关

开

20

上行近点MCS优化开关

关

开

3

2上行接入用户调度优化开关

关

开

20

上行干扰随机化模式

关

NBCELL:THREE_MODE_BASED_ON_PCI

3

1NB

R13兼容性开关

关

开

0 NB-IoT逻辑信道服务请求禁止定时器

NOT_CFG(不配置)

COVERAGE_LEVEL_0==PP2;

COVERAGE_LEVEL_1==PP2;

COVERAGE_LEVEL_2==PP2;

0

2NB-IoT定时器T300

10000毫秒

60000毫秒

6

前导最大尝试次数

N3_PREMB_ATTEMPT_MAX(3次)

COVERAGE_LEVEL_0==REP_4;

COVERAGE_LEVEL_1==REP_4;

COVERAGE_LEVEL_2==REP_4;

993

1前导最大传输次数

N10_PREMB_TRANS_MAX(10次)

NBCELL:N6_PREMB_TRANS_MAX

0

覆盖等级0：冲突解决定时器

80

480

0

覆盖等级1：冲突解决定时器

80

480

0 覆盖等级2：冲突解决定时器

80

480

0

表4：批量特性参数修改值及调整小区数量

4.验证结果

本文中，我们面向TOP小区，分别对NB-IoT RRC连接惩罚门限、统计开关、现网规划参数核查等方面作出了调整和优化，同时统计了优化前后得到的各项指标，TOP分组和厂家域整体，包括河池全网在实际的NB RRC建立成功率、失败次数等指标上均得到较大地改善。本次验证结果及其前后指标，记录如下：

TNB RRC连接成功率

OP分组

厂NB RRC建立TOP分组

厂家整体

家整体

失败次数

优化前

92.9%

99.33%

优化前

1099

8

132优化后

96.1%

99.61%

优化后

675

708

幅度

↑↑

3.4%

0.28%

幅度

↓ ↓

38.58%

46.68%

表5：TOP分组与全网指标优化前后指标对比 图5：NB-IoT特性参数优化前后指标对比

5.结束语

相较于传统意义上的无线业务，NB-IoT终端的类别相对较多。而传统无线业务则十分单一，基本上都是手机或是上网卡。面向物联网应用，其服务群体多为垂直行业中的各个智能终端，仅需集成NB-IoT模组，构建NB-IoT终端。各终端上的维测成熟度，相比传统无线业务也要逊色些。考虑到终端兼容性问题，终端有时会有多次接入失败的情况，从而引起高频率的接入失败。如今NB-iot接入基数并不算大，有些小区在突发恶化的情况下还可能会引起全网指标彻底地恶化。因此，有必要对全网参数进行修改。从前述特性参数在优化前后的对比结果中得知，RRC连接成功率、建立失败次数都有初步的改善，今后仍有必要对全网逐步完成铺开、优化。

参考文献

[1]任强.NB-IoT网络质差小区分析与优化方案[J].数字通信世界,2020(06):18-20.

[1]刘哲,曾伟,蔡凯.NB-IoT网络指标体系研究与应用[J].邮电设计技术,2020(12):56-60.

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