程閩明 葉藹笙 陳瀟

【摘 要】隨著NB-IoT技術(shù)的快速發(fā)展，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)RRC連接成功率問題的分析與處理成為無線優(yōu)化面臨的難題。首先對日常影響NB-IoT網(wǎng)絡(luò)RRC連接成功率的原因進行分析，然后提出定位原因的分析方法以及相應(yīng)的處理方案，并以廣州高沙村NB-IoT基站為例進行實踐驗證。通過大量實踐，研究出一套實際可行的RRC連接成功率問題分析與處理方案。目前該方案已在廣州得到全面應(yīng)用，為NB-IoT業(yè)務(wù)項目售前評估提供了有力保障。

NB-IoT；RRC連接成功率；弱覆蓋；同頻/MOD 3干擾

1 引言

隨著通信技術(shù)由2G、3G發(fā)展到如今的4G、5G階段，人們的生活方式已悄然發(fā)生了巨變，生活中衣、食、住、行的方方面面都離不開移動通信技術(shù)。從早期的短信和語音電話，到現(xiàn)在的圖片、視頻、高清語音通話，甚至是同步互聯(lián)網(wǎng)游戲，人與人之間已實現(xiàn)高速、高效的信息傳遞。

近幾年，NB-IoT由于其低功耗、廣覆蓋及海量連接的優(yōu)勢，得到了快速發(fā)展。中國電信已在2017年開啟NB-IoT商用階段[1]，相關(guān)業(yè)務(wù)如智能抄表、智慧消防、停車等。

大量NB-IoT業(yè)務(wù)接入，亟需保障用戶長期、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。在實際的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)維護工作中，為了提升客戶感知，需對NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的接入、保持、完整性能等各項關(guān)鍵指標進行定期監(jiān)管[2]。NB-IoT無線網(wǎng)絡(luò)的RRC連接成功率是檢驗NB-IoT網(wǎng)絡(luò)接入性能的主要指標。因此，在實際場景中，遇到RRC連接成功率較低的情況該如何進行有效分析與處理的方案亟需完善。

2 RRC原理簡介

NB-IoT是R13階段LTE的一項重要增強技術(shù)，在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建，頻段僅約180 kHz，上行采用SC-FDMA，下行采用OFDM。NB-IoT的設(shè)計原則都是基于“妥協(xié)”的態(tài)度，將LTE技術(shù)進行設(shè)計簡化、信令簡化，并降低功耗。因此，NB-IoT網(wǎng)絡(luò)的RRC連接協(xié)議原理與LTE相似。

（1）RRC子層協(xié)議原理：RRC位于LTE協(xié)議棧層3，屬于接入層與非接入層的主要控制中心，控制著各層間的主要接口，地位至關(guān)重要。RRC不僅要為上層提供網(wǎng)絡(luò)側(cè)的無線資源參數(shù)，還要控制下層的主要參數(shù)與行為。RRC子層功能包括接入層AS與非接入層NAS相關(guān)系統(tǒng)信息的廣播，尋呼、建立以及維持/釋放UE與E-UTRAN之間的RRC連接、臨時標識的分配和用于RRC連接的信令[3]等。因此RRC層就是無線資源控制層，是終端協(xié)議的接入、非接入平面對話的橋梁。無線資源控制層的完善度與可靠性在很大程度上影響了整個LTE協(xié)議棧軟件的性能。

（2）在NB-IoT中，與LTE類似，UE同樣是在空閑模式和連接模式下進行隨機接入過程，但是NB-IoT在R13（Release 13）中僅支持基于競爭的隨機接入以及在下行數(shù)據(jù)到達情況下由PDCCH order觸發(fā)的隨機接入[5]。除此之外，它不支持PUCCH信道以及切換功能，因此在NB-IoT系統(tǒng)中觸發(fā)隨機接入的相關(guān)應(yīng)用場景也被簡化成如下4種[4-5]：

◆無線資源控制（Radio Resource Control，RRC）空閑狀態(tài)下的初始接入過程；

◆RRC連接重建過程；

◆RRC連接狀態(tài)下，接收下行數(shù)據(jù)時（上行失步）；

◆RRC連接狀態(tài)下，發(fā)送上行數(shù)據(jù)時（上行失步或者觸發(fā)調(diào)度請求時）。

3 RRC連接問題分析與處理

3.1 LTE RRC連接問題分析

RRC連接是UE接入網(wǎng)絡(luò)時網(wǎng)絡(luò)為其分配無線資源，RRC連接建立成功率是RRC連接建立成功次數(shù)和嘗試次數(shù)的比值，該指標體現(xiàn)了eNodeB或者小區(qū)的UE接納能力[6]，是衡量呼叫接通率的重要指標。

目前主流設(shè)備（中興/華為）廠家判定影響RRC建立失敗的常見原因主要有“三大類”和“七因素”[7]。

“三大類”為：定時器超時、eNB接納失敗、其他原因。

“七因素”主要為以下七項：

◆基站故障；

◆PRACH參數(shù)配置，最小接入電平設(shè)置；

◆上行干擾太高，導(dǎo)致MSG3/MSG5/UCI解析失敗；

◆弱場接入，RRC無法完成；

◆用戶數(shù)多導(dǎo)致SR容量不足；

◆上行功控參數(shù)設(shè)置不合理；

◆CPU負荷過高。

針對“三大類”原因，存在不同的處理措施：

（1）定時器超時

◆檢查CPU負荷是否偏高，用戶數(shù)是否很多，如果是則調(diào)整SR容量進行優(yōu)化；

◆檢查上行/下行功控類參數(shù)；

◆檢查干擾是否偏高；

◆檢查RRU輸出功率；

◆檢查是否MR任務(wù)和其他實時跟蹤任務(wù)導(dǎo)致接入定時器超時；

◆檢查是否弱場導(dǎo)致接入定時器超時。

（2）eNB接納失敗

◆檢查接納控制類參數(shù)設(shè)置；

◆檢查板件是否受限，如受限則需更換軟件版本。

（3）其他原因

◆檢查是否CPU沖高導(dǎo)致；

◆檢查是否傳輸故障，進行傳輸ping包檢測；

◆提交故障單交研發(fā)處理。

3.2 NB-IoT與LTE區(qū)別

（1）NB-IoT RRC連接信令流程與LTE基本一致，消息內(nèi)容做了簡化

NB-IoT引入了一個新的信令承載SRB1bis。SRB1bis的LCID為3，和SRB1的配置相同，但是沒有PDCP實體。RRC連接建立過程創(chuàng)建SRB1的同時隱式創(chuàng)建SRB1bis[8]。對于CP來說，只使用SRB1bis，因為SRB1bis沒有PDCP層，在RRC連接建立過程中不需要激活安全模式，SRB1bis不啟動PDCP層的加密和完整性保護。圖1為NB-IoT RRC連接信令流程：

（2）新增RRC掛起和恢復(fù)流程

考慮到在用戶面承載建立/釋放過程中的信令開銷，對NB-IoT小數(shù)據(jù)包業(yè)務(wù)來說，顯得效率很低。因此UP模式增加了一個新的重要流程——RRC連接掛起和恢復(fù)流程，即UE在無數(shù)據(jù)傳輸時，RRC連接并不直接釋放，而是eNB緩存UE的AS上下行信息，釋放RRC連接，使UE進入了掛起狀態(tài)（Suspend），這個過程也稱為AS上下文緩存。

當(dāng)需要傳輸數(shù)據(jù)時，UE通過RRC Connection Resume Request消息通知eNodeB退出RRC-IDLE狀態(tài)，eNodeB激活MME進入ECM-CONNECTED。

3.3 NB-IoT RRC連接問題分析

在日常NB-IoT運營支撐過程中，影響eNodeB或小區(qū)RRC連接成功率的原因主要包括弱覆蓋、同頻/PCI MOD3干擾、外部干擾、基站隱性故障或者是客戶終端異常等。針對RRC連接成功率較低的站點，需通過核查站點及周邊情況并分析相關(guān)指標、定位原因。步驟如下：

（1）核查是否存在影響業(yè)務(wù)的告警，核查小區(qū)及周邊站點是否存在外部干擾。干擾核查主要關(guān)注15k子載波0～11的平均噪聲干擾值[11]。

（2）分析不同覆蓋等級下用戶分布、RRC連接次數(shù)與失敗次數(shù)分布，定位是否存在弱覆蓋。若用戶集中分布在覆蓋等級1/2，且接入次數(shù)與失敗次數(shù)也集中在覆蓋等級1/2，則可推斷現(xiàn)場可能存在弱覆蓋，可調(diào)整小區(qū)功率；若用戶集中分布在覆蓋等級0/1，且接入次數(shù)與失敗次數(shù)集中在覆蓋等級0/1，則現(xiàn)場可能存在同頻干擾/PCI MOD3干擾，需根據(jù)周邊小區(qū)頻點/PCI分布進行相應(yīng)調(diào)整[9-10]。

（3）通過調(diào)整小區(qū)功率，并觀察周邊小區(qū)指標情況，排查是否存在用戶終端問題。關(guān)閉該小區(qū)，觀察周邊小區(qū)指標波動情況。若異常情況轉(zhuǎn)移至其他小區(qū)，則為終端問題；若消失，則原站點存在隱性故障。

4 案例分析

（1）問題概況

網(wǎng)管統(tǒng)計F高沙村6號LTE-RRU01/GZV2277（80）小區(qū)6月16日～6月19日一周RRC建立成功率指標，周RRC請求3 673次，周建立成功1 272次，周失敗2 401次，周RRC建立成功率指標34.63%<95%，為RRC建立成功率差TOP小區(qū)。剔除無RRC連接時段，詳細指標如圖2所示：

（2）問題分析

從6月16號開始，F(xiàn)高沙村6號LTE-RRU01/GZV2277（80）出現(xiàn)RRC建立成功率差，查詢6月14日～6月20日的故障表，未發(fā)現(xiàn)小區(qū)有故障告警，且RSSI干擾平均值在-124 dBm，核查RRC建立相關(guān)參數(shù)均設(shè)置在正常范圍。從Google地圖看，小區(qū)覆蓋方向為高樓層住宅區(qū)。小區(qū)頻點為2509，PCI為173，天線掛高30 m，天線方向角30°，下傾角12°，功率29.2 dBm。圖3為F高沙村6號及周邊站點分布圖。

分析RRC連接請求指標，覆蓋等級（0、1、2）中RRC連接建立主要集中在覆蓋等級0，建立失敗也集中在覆蓋較好的等級0，由此可初步判斷該小區(qū)存在頻點干擾或是PCI模三干擾導(dǎo)致RRC建立失敗。指標分析如圖4、圖5所示。

結(jié)合MapInfow圖層分析小區(qū)頻點及PCI模三分布情況，F(xiàn)高沙村6號LTE-RRU01與周邊多個小區(qū)同頻對打且同模三，因此定位為同頻同PCI模三干擾導(dǎo)致RRC建立失敗，如圖6所示：

（3）處理方案

NF高沙村6號LTE-RRU01/GZV2277（80）頻點由2509改為2505。

NF高沙村6號LTE-RRU03/GZV2277（82）頻點由2505改為2509

（4）成效

頻點優(yōu)化調(diào)整后，查詢NF高沙村6號LTE-RRU01/GZV2277最新一周指標，6月30日～7月12日RRC建立成功率指標，0時至23時共計24個時段中，RRC建立成功率在100%左右波動，均值98.75%，指標提升明顯，如圖7示：

5 結(jié)束語

隨著NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，確定RRC連接成功率問題的原因與尋求最優(yōu)的處理方案成為NB-IoT網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的重要課題。本文提出四大影響RRC連接成功率的原因分析與處理的具體方案，經(jīng)實踐驗證可快速有效地定位問題原因，并提高NB-IoT基站RRC連接成功率，為客戶提供高品質(zhì)的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

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