江苏电信速率优化建议

江苏电信速率优化建议
NB-IoT 速率指标优化指导书
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NB-IoT 速率指标优化指导书版本日期审核者备注
V1.0 20__-6-27
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录目录 1 概
述 ................................................... ...................................................... ................................. 6 2 测试方
法 ................................................... ...................................................... .......................... 6 3 调度原
理 ................................................... ...................................................... .......................... 7 3.1 下行调
度 ................................................... ...................................................... ................ 7 3.1.1 NPDCCH 消息时
长 ...................................................
.......................................... 7 3.1.2 NPDCCH 和 NPDSCH 之间的时
延 ................................................... .................. 7 3.1.3 NPDSCH 数据时
长 ................................................... .......................................... 8 3.1.4 NPDSCH 数据和 DL Ack/Nack 数据之间的时
延 (9)
3.1.5 DL Ack/Nack 数据时
长 ................................................... .................................. 11 3.1.6 其它时
长 ................................................... .......................................................
11 3.2 上行调
度 ................................................... ...................................................... .............. 12 3.2.1 NPDCCH 消息时
长 ................................................... ........................................ 12 3.2.2 NPDCCH 和 NPUSCH 之间的时
延 ...................................................
................ 12 3.2.3 NPUSCH 数据时
长 ................................................... ........................................ 13 3.2.4 上行HARQ 时
延 ................................................... ........................................... 14 3.2.5
其它时
长 ................................................... .......................................................
14 3.3 调度时延参考数
据 ................................................... .....................................................
15 4 速率指标优
化 ................................................... ...................................................... ................. 15 4.1 测试环
境 ................................................... ...................................................... .............. 15 4.2 测试参
数 ................................................... ......................................................
.............. 16 4.2.1 覆盖等级和 PDCCH 重复参
数 ................................................... ....................... 16 4.2.2 编码及上行子载波选择
参
数 ................................................... ........................... 17 4.2.3 DL Ack/Nack 时长
控制参
数 ................................................... ........................... 17 4.2.4 其它参
数 ................................................... .......................................................
17 5 缩略
语 ................................................... ...................................................... (18)
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6 参考文
档 ...................................................
...................................................... (18)
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图录目录图 2-1
上行灌包参数设
置 ................................................... ............................... 错误! 未定义书签。

图 2-2
下行灌包参数设
置 ................................................... ............................... 错误! 未定义书签。

图 2-3
zCAT_Zlf_tools 工具统计结
果 ................................................... ............ 错误! 未定义书签。

图 3-1
下行调度时延示意
图 ...................................................
.......................................................
7 图 3-2
上行调度时延示意
图 ................................................... .....................................................
12 图 4-1
下行无线质量观
察 ................................................... ...................................................... ... 16 图 4-2
上行 SINR 计数
器 ................................................... ...................................................... (16)
录表目录表 3-1 NB-IoT DCI N1 数据格
式 ................................................... .. (7)
表 3-2 0k for DCI format
N1 ................................................... ...................................................... .. 8 表 3-3 下行 MCS 和 TBSize 对应
表 ................................................... ............................................ 9 表 3-4 上行 3.75k 时 Ack/Nack resource 和0k 对应关
系 ................................................... ........... 10 表 3-5 上行 15k 时 Ack/Nack resource 和0k 对应关
系 ................................................... .............. 10 表 3-6 DL Ack/Nack 信息 RU 时
长 ................................................... ........................................... 11 表 3-7 NB-IoT DCI N0 数据格
式 ................................................... ................................................ 12 表3-8 上行 MCS 和 TBSize 对应
表 ................................................... .......................................... 13 表 3-9 上行 RU 时
长 ................................................... ...................................................... ........... 14 表 3-9 部分调度时延和速率参考数
据 ...................................................
........................................ 15 表 4-1 上、下行 BSR 参
数 ................................................... .............................. 错误! 未定义书签。

表 4-2 覆盖等级和 PDCCH 重复参
数 ................................................... ....................................... 16 表 4-3 编码及上行子载波选择参
数 ................................................... ............................................ 17 表 4-4 调度控制参
数 ................................................... ....................................... 错误! 未定义书签。

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表 4-5 下行 Ack/Nack 重复控制参
数 ................................................... ......................................... 17 表 4-6 调
度控制参
数 ................................................... ...................................................... ........... 17 表 4-7 参数汇
总 ................................................... ............................................... 错误! 未定义书签。

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1 概述本文档主要针对现场、实验室 NB-IoT 上、下行测试速率指标的提升。

对于测试速率指标，有以下几点说明：
无线质量和编码。

无线质量差会导致业务传输的SINR、RSRP 等指标差，影响业务的上、下行编码方式和传输效率（如重传、重发），导致速率低。

因此小区的频点规划和质量优化并不在本文描述范围，一般要求 SINR 在 15 以上，RSRP 大于-90dBm；覆盖等级。

NB-IoT 支持 CEL0\1\2 多种覆盖等级，在高覆盖等级下，系统为了保证终端的收发质量，会相应的降低编码，提升重发次数，导致整体的上、下行
速率降低。

因此为了获取尽可能高上、下行速率，本文对参数和优化方法的讨论仅限于 CEL0。

其余覆盖方式下的速率优化手段可以参考 CEL0，以获取相应等级下的最佳速率；用户数。

多用户复用在同一小区下，会增加上、下行的调度时间间隔，降低测试速率，因此如无特殊说明，本文描述的方法和参数仅针对单用户；上行 3.75k/15k 选择。

上行的子载波选择会影响上行 TB 的传输时间，同时影响下行Harq数据的传输时延，因此如无特殊说明，本文描述主要针对15k MT 来说明，以期获取上、下行更好的速率；接入过程。

接入阶段也是业务过程的一部分，接入时延也会影响终端的上、下行速率，正常的接入时延并不在本文描述范围，但会涉及业务过程中反复的异常接入的处理；鉴于目前测试终端和测试工具的局限，本文的测试工具仅限于 ZCAT 和相应的终端设备。

2 测试方法考虑到 NB-IoT 业务特点，目前实验室和外场对于上、下行速率的测试方式主要是灌包，通过灌包，可以更好的考察系统和终端和无线口的收发性能，而不用考虑业务层面的重传。

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3 调度原理灌包业务的过程，其实是一个“DCI 调度+数据收发+Ack/Nack 应答（针对下行）”的周期性过程，上述过程的整体时间就是调度时延，对于灌包测试而言，每个调度周期发送的数据是一定的，因此灌包速率，可以简单的理解为：调度数据长度/调度时间间隔。

以上行灌包为例，一般实验室测试会选择按最大的 BSR 1000bits 调度发送，如果平均调度时延能达到 25ms，则整体的上行平均速率可以达到 40kbps。

下面根据上、下行业务调度的不同特点，分别说明影响调度时延的因素。

3.1 下行调度如图 3-1 所示，下行调度时延主要包含以下组成：
图 3-1
下行调度时延示意图
3.1.1 NPDCCH 消息时长按协议规定，下行 NPDCCH 携带的 DCI N1 消息时长是 1ms。

3.1.2 NPDCCH 和和 NPDSCH 之间的时延在 NB-IOT 中，PDCCH 上的 DCI 数据格式如表 3-1 所示。

表 3-1 NB-IoT DCI N1 数据格式 Fields Size(bits) Notes Flag for format N0/format N1 differentiation 1 -
0：N0(UL) -1：N1(DL) NPDCCH order indicator 1 0—表示
调度 DCI N1 Scheduling delay 3 If Rmax <128：{0,4,8,12,16,32,64,128}
If Rmax>=128：
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{0,16,32,64,128, 256,512,1024} Resource assignment 3 ，{1、2、3、4、5、6、8、10} Modulation and coding scheme 4 I TBS
= 11 and 12 is supported only for standalone and guardband. Repetition number 4 {1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 192, 256, 384, 512, 768, 1024, 1536, 2048}，NPDSCH 的重复次数 New data indicator 1 -值不反转：re-transmission -值反转：initial transmission RA-RNTI 加
扰时，为保留 bit Ack/Nack resource 4 见 3.1.4 小节描述DCI subframe repetition number 2 DCI 子帧重复次数其中，下行 DCI N1 数据和接收下行数据块的 NPDSCH 之间的时延有如下关系：
DCI N1 的结束子帧为 n，则 NPDSCH 开始子帧为
n+5ms+k 0 。

k 0 为有效子帧数，由表 3-1 中的 Scheduling delay 字段确定，其取值见表 3-2。

在实验室单用户测试的情况下，一般 k 0 取值为 0，即NPDCCH 和 NPDSCH 之间间隔4ms。

表 3-2 0k for DCI format N1 DelayI
0k
128max R
128max R
0 0 0 1 4 16 2 8 32 3 12 64 4 16 128 5 32 256 6 64 512 7 128 1024 3.1.3 NPDSCH 数据时长 NPDSCH 上调度的最小单位是 RU（1ms）,下行 TB 数据由多个 RU 传输，同时TBRUN
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数据支持重发，因此 BPDSCH 数据时长由“TB 数据长度*重复次数”决定。

RU个数由表3-1中的Resource assignment字段决定，
重复次数由Repetition number决定。

在发送TBSize长度一定的情况下，编码方式MCS越高（MCS由表3-1中的Modulation and coding scheme 字段决定），RU 个数越短，数据长度越短（见表 3-3），同时选择重复次数为 1，则 NPDSCH 数据时长最短，可以缩短调度的时延。

以下表为例，按 BSR 680bits 调度，如果编码方式控制在 MCS12，重复次数为 1，则每次发送 NPDSCH 数据的长度为3ms。

表 3-3 下行 MCS 和 TBSize 对应表 TBSI
PRBN
1 2 3 4 5 6 8 10 0 16 32 56 88 120 152 208 256 1 24 56 88 144 176 208 256 344 2 32 72 144 176 208 256 328 424 3 40 104 176 208 256 328 440 568 4 56 120 208 256 328 408 552 680 5 72 144 224 328 424 504 680 N/A 6 88 176 256 392 504 600 N/A
N/A
7 104 224 328 472 584 680 N/A
N/A
8 120 256 392 536 680 N/A
N/A
N/A
9 136 296 456 616 N/A
N/A
N/A
N/A
10 144 328 504 680 N/A
N/A
N/A
N/A
11 176 376 584 N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
12 208 440 680 N/A
N/A
N/A
N/A
N/A
3.1.4 NPDSCH 数据和 DL Ack/Nack 数据之间的时延NPDSCH 上 TB 数据发送完成后，需要间隔一段时间才发送 DL
Ack/Nack 数据，时延由表 3-1 中的 ACK/Nack resource 字段决定。

ACK/Nack resource 字段的解读与上行子载波数量有关，表 3-4 和 3-5 分别是上行3.75k 和 15k 时，ACK/Nack resource 字段对应的时延 k 0 值。

如果 NPDSCH 数据结束子帧是 n，则 DL Ack/Nack 的起始子帧为 n+k 0 ，二者之间的时间间隔存在以下可能，见图3-1：
上行 3.75k，间隔可能为 12ms、20ms；
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上行 15k，间隔可能为 12ms、14ms、16ms、17ms。

实验室单用户测试，时延一般是 12ms。

表 3-4 上行 3.75k 时 Ack/Nack resource 和0k 对应关系 ACK/NACK resource field ACK/NACK subcarrier k 0
0 38 13 1 39 13 2 40 13 3 41 13 4 42 13 5 43 13 6 44 13 7 45 13 8 38 21 9 39 21 10 40 21 11 41 21 12 42 21 13 43 21 14 44 21 15 45 21 表 3-5 上行 15k 时
Ack/Nack resource 和0k 对应关系
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ACK/NACK resource field ACK/NACK subcarrier k 0
0 0 13 1 1 13 2 2 13 3 3 13 4 0 15 5 1 15 6 2 15 7 3 15 8 0 17 9 1 17 10 2 17 11 3 17 12 0 18 13 1 18 14 2 18 15 3 18 3.1.5 DL Ack/Nack 数据时长 DL Ack/Nack 数据在上行的 NPUSCH 上承载，由具体数据 RU 长度由上行子载波数量决定，见表 3-6。

表 3-6 DL Ack/Nack 信息 RU 时长 Content Tones RU
时长 ACK/NACK 3.75k，tone=1 8ms 15k，tone=1 2ms DL
Ack/Nack 数据也会涉及重发，重复次数取值范围为{1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128}，该参数由 SIB 半静态配置，可以通过RRC 信令来修改，为了尽可能减少下行调度时延，可以选择重复次数为 1。

3.1.6 其它时长除了上述业务流程相关的数据时长和间
隔时延，下行无线信道上还可能包括以下下行数据或无效子帧，这些子帧也会影响两次调度之间的时延。

PSS/SSS 所占用的子帧，这些都是固定的子帧开销；
/MIB/SIB1/SIBn 所占用的子帧，MIB/SIB1 都是固定开销，SIBn 可以配置发送周期和重复次数；
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SIB1 中广播为无效的子帧（一般不配置）； DL GAP 配置的无效子帧（一般不配置）；接入流程涉及的下行数据，如 Msg2、Msg4 等，和 PRACH 过程的数量和频度有关；上行业务的 PDCCH 数据（DCI N0），和上行业务量有关。

为了减少下行调度间隔，应尽量减少上述下行子帧的发送。

3.2 上行调度如图 3-2 所示，上行调度时延主要包含以下组成：
图 3-2
上行调度时延示意图
3.2.1 NPDCCH 消息时长按协议规定，上行 NPDCCH 携带的 DCI N1 消息时长是 1ms。

3.2.2 NPDCCH 和和 NPUSCH 之间的时延在 NB-IOT
中，PDCCH 上的 DCI N0 数据格式如表 3-7 所示. 表 3-7 NB-IoT DCI N0 数据格式 Field Size(bits) Notes Flag for format N0/format N1 differentiation 1 -0：N0(UL) -1：
N1(DL) Subcarrier indication 6 -5 for 15kHz。

指示了subcarriers 个数和位置。

协议给出了所有 19 种subcarriers 分配结果，每种结果对应一个 UL gant 取值。

-6 for 3.75kHz，UL grant 指示了分配的subcarrier
索引，一共是 48 个取值。

这个字段大小为 6bit。

但对于 15kHz，只需要
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用其中的 5bit。

（注 1）
Resource assignment 3 ，{1、2、3、4、5、6、8、10}， Scheduling delay 2 {8, 16, 32, 64}，实际的
delay 值(绝对子帧数) Modulation and coding scheme 4 -For multi-tone, support I TBS
equals 0 to 12 -For single-tone, support I TBS
equals 0 to 10 Redundancy version 1 LTE RV0 or LTE RV2. RV2 is supported in all I TBS . 如果 NPUSCH 的重复次数=1，表示 RV 版本如果 NPUSCH 的重复次数>1，表示RV 起始版本（物理层采用 RV Cycling 循环）
Repetition number 3 {1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128}，NPUSCH 的重复次数 New data indicator 1 -值不反转：re-transmission -值反转：initial transmission DCI subframe repetition number 2 DCI 子帧重复次数其中，下行 DCI N0 数据和发送上行数据块的 NPUSCH 之间的时延有如下关系：
DCI N0 的结束子帧为 n，则 NPUSCH 开始子帧为 n+1+k 0 。

k 0 由表 3-7 中的 Scheduling delay 字段确定，其取值为 0-3，分别对应 8、16、32、64。

在实验室单用户测试的情况下，一般 k 0 会为 0，即NPDCCH 和 NPDSCH 之间间隔8ms。

3.2.3 NPUSCH 数据时长 NPUSCH 的最小调度单位是
RU ，由多个 RU 传输一个 TB 数据，同时 TB 支持重复发送，因此 NPUSH 的数据时长由“TB 数据长度*重复次数”决定。

其中，RU 个数由表 3-7 中的 Resource assignment 字段决定，重复次数由 Repetition number 决定。

在发送TBSize长度一定的情况下，编码方式MCS越高（MCS由表3-7中的Modulation and coding scheme 字段决定），则 TB 数据的 RU 数量越少（见表 3-8），同时选择重复次数为 1，则 NPUSCH 数据时长最短，可以缩短调度的时延。

表 3-8 上行 MCS 和 TBSize 对应表 RUN
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TBSI
PRBN
1 2 3 4 5 6 8 10 0 16 32 56 88 120 152 208 256 1 24 56 88 144 176 208 256 344 2 32 72 144 176 208 256 328 424 3 40 104 176 208 256 328 440 568 4 56 120 208 256 328 408 552 696 5 72 144 224 328 424 504 680 872 6 88 176 256 392 504 600 808 1000 7 104 224 328 472 584 712 1000 N/A 8 120 256 392 536 680 808 N/A N/A 9 136 296 456 616 776 936 N/A N/A 10 144 328 504 680 872 1000 N/A N/A 11 176 376 584 776 1000 N/A N/A N/A 12 208 440 680 1000 N/A N/A N/A N/A 上行传输的子载波类型
和数量可能有多种选择，因此每个 RU 数据的时域长度也会不通，具体见表 3-9。

表 3-9 上行 RU 时长
Content Tones RU Data 3.75k，tone=1 32ms 15k，
tone=1 8ms 15k，tone=3 4ms 15k，tone=6 2ms 15k，
tone=12 1ms 结合上面的表格，如果上行按 BSR 1000bits 调度，上行子载波选择 15k 6T, 编码方式选择 MCS12，重复次数为 1，则每次发送 NPUSCH 数据的长度为 4*2*1=8ms。

3.2.4 行上行 HARQ 时延在 NB-IOT 系统中，NPUSCH 采用异步、自适应的 HARQ 机制，对应的 HARQ 信息在下一次的 NPDCCH 调度信息上承载。

NPUSCH 的结束子帧与承载 HARQ 信息的NPDCCH 起始子帧间最小值间隔为 3ms。

3.2.5 其它时长除了上述业务流程相关的数据时长和间
隔时延，以下因素也可能会影响两次调度之间的时延。

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上行 3.75k 的偶子帧调度。

3.75k 的时隙调度必须从偶子帧开始，如果系统的调度信息在奇子帧上，上行数据的发送必须拖延 1ms； PRACH 接入周期和次数。

系统的 PRACH
接入次数也会拖延上行数据的发送，实验室测试如果要减少这方面的影响，需要加大 PRACH 周期和其它终端的接入；
UL GAP 配置的无效子帧；下行业务的 PDCCH 数据（DCI N1），和下行业务量有关。

3.3 调度时延参考数据表 3-10 列出了部分实验室灌包的调度间隔和上、下速率参考数据，测试条件：上行灌包调度的 BSR=1000bits，下行灌包调度的 BSR=680bits。

表 3-10 部分调度时延和速率参考数据
方向 UL Tones UL MCS DL MCS 调度时延速率上行
3.75k，tone=1 10 5 209ms
4.78kbps 15k，tone=1 10 5
65ms 15.19kbps 15k，tone=3 10 5 42ms 23.28kbps 15k，tone=6 10 5 34ms 29.19kbps 15k，tone=12 10 5 26ms 37.75kbps 15k，tone=3 12 10 34 29kbps 15k，tone=6 12 10 25 38.48kbps 15k，tone=12 12 10 22ms 44.96kbps 下行3.75k，tone=1 10 12 49ms 13.55kbps 15k，tone=12 10 12 33ms 20.21kbps 4 速率指标优化针对上述上、下行业务调度原理的说明，对于实验室和外场灌包测试，为了达到预期的高速率，需要注意以下方面。

4.1 测试环境为了获取更改的编码方式和速率，应尽量保证终端工作于较好的无线环境下，一般要求：
下行接收电平 RSRP 高于-90dBm；
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上、下行 SINR 高于 15dB；其中，下行的 RSRP、SINR 可以从终端 log 中获知，如图 4-1 所示。

上行 SINR 因为是基站统计的，可以从后台计数器中观察，如图 4-2 所示。

图 4-1
下行无线质量观察
图 4-2
上行 SINR 计数器
4.2 测试参数部分参数的调整也能协助实现更短的调度时延，达到速率最优，分述如下。

4.2.1 和覆盖等级和 PDCCH 重复参数速率测试时，终端一般工作于比较好的无线环境，为了保证终端不在多个覆盖级别之间尝试接入，一般讲 CEL 等级固定为 0；从实验室经验看，Rmax=8，G 设为 2 时，速率最优。

表 4-1 覆盖等级和 PDCCH 重复参数
参数名参数含义默认值建议值备注NPRACHResourcesNum NPRACH 资源数 1 1
aucNpdcch_NumRepetitions_USS[3] PDCCH 最大重复次数Rmax 1,1,1 8,1,1
aucNpdcch_StartSF_USS[3] PDCCH 起始子帧，G值
32,32,32 2,32,32
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4.2.2 编码及上行子载波选择参数编码和上行子载波相关参数见表 4-3。

一般在无线质量好的情况下测试速率，可以选择打开 AMC 功能，由系统选择最优的上、下行编码。

表 4-2 编码及上行子载波选择参数
参数名参数含义默认值建议值备注dLInnerLoopAmcEnable 下行内环 AMC 开关 1 0
dLOutloopAMCEnable 下行外环 AMC 开关 1 1
ULInnerLoopAmcEnable 上行内环 AMC 开关 1 1
ulOlAMCEnable 上行外环 AMC 开关 1 1
4.2.3 DL Ack/Nack 时长控制参数 DL Ack/Nack 数据在上行的 NPUSCH 上承载，Ack/Nack 数据的时长除了与子载波类型相关外，也和 RU 的重复次数成正比，控制重复次数能减
少 Ack/Nack 数据时长和下行调度间隔，为了实现下行的高速率，建议重复次数设 1。

相关参数见表 4-5。

表 4-3 下行 Ack/Nack 重复控制参数
参数名参数含义默认值建议值备注
norm375AckRepNum 3.75k 非 MSG4 的ACK 重复次数 {1,1,16} {1,1,16}
norm15AckRepNum 15k 非 MSG4 的ACK 重复次数
{1,8,16} {1,8,16}
4.2.4 其它参数为了保证上、下行灌包时，各方向上的
无效子帧数量最少，以下参数应该注意，见表4-6。

尽量增加上行 PRACH 接入周期，使得 PRACH 接入次减
少；增大 SI 的发送周期，减少窗口长度，减少下行无效子
帧的长度；表 4-4 调度控制参数
参数名参数含义默认值建议值备注
ucSi_Periodicity
SI 周期 3（512ms）
4（1024ms）
ucSi_WindowLength
SI 窗长 3（640ms）
0（160ms）
ucSi_RepetitionPattern SI 重复模式 2(every8thRF) 3(every16thRF)
ucNprach_Periodicity[0] CEL0 的 PRACH 周 4
（320ms）
6（1280ms）或
NB-IoT 速率指标优化指导书指导书
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18
期 7（2560ms）
5 缩略语参见《NB-IoT Glossary》。

6 参考文档
1. 3GPP TS 36.213: “ Physical layer
procedures“ ；。