NB-IoT低功耗技术与寻呼

 NB-IoT的低功耗实现可以从软件和硬件两个方面来看。硬件方面主要通过提升集成度，减少通路插损；降低器件损耗；待机电源优化几个方面。软件方面主要通过降低物理层实现复杂度（如，下行 tail-biting 卷积码降低解码复杂度，减少终端控制信道盲检测等），节电模式（eDRX 和 PSM），数据传输优化（如，保存UE上下文，当需要进行数据传输时，快速恢复数据传输通道，减少信令传输等）这几个方面。

 对于应用而言，着重了解 eDRX 与 PSM 两种模式。

 一. DRX

谈 eDRX 前，先了解 DRX 技术。

DRX(Discontinuous Reception)，即不连续接收，在某一段时间内停止监听 PDCCH（Physical Downlink Control Channel），UE周期性地进入休眠状态。DRX 分为两种：IDLE DRX ( UE 处于空闲态下) 与 CDRX（ UE 处于连接态下）。

（1）IDLE DRX

IDLE DRX ，顾名思义，即 UE 处于 IDLE 状态下，使用非连续性接收（DRX）监听呼叫信道与广播信道。在一个DRX周期内，终端在 PO（PagingOsscasion，寻呼时刻） 出现的位置上去 PDCCH 读取 P-RNTI（Paging Radio Network Temporary Identity，网络临时标识） ，根据 P-RNTI 从 PDSCH （Phsical Downlink Shared Channel）读取寻呼消息。在其他的时间进入睡眠，达到省电的目的。

（2）CDRX

CDRX 的原理概括来讲，连接态下时间轴上分为激活期（On duration Timer，监控下行 PDCCH 的时间）与休眠期（Opportunity for DRX， DRX Cycle的时间 - On duration Timer的时间）。终端周期进入激活期，当业务连续时，一直保持在激活期，当业务结束后的激活期一直为空时进入休眠期。对应的休眠期越长时，UE功耗越低，相应的，业务传输时延也会相应增加。对于CDRX的详细讲解参考这篇博文：CDRX 。

二. eDRX

 eDRX是在 DRX 基础上进一步增强节电进行的功能扩展，依照 DRX ，eDRX也可以分为空闲态与连接态。由于终端大部分时 间处于空闲态，故此处着重空闲态下的eDRX说明。对于空闲态，NB-IoT的 eDRX 最大周期为174.76min（即下图中的2.92h）。

 eDRX 相比 DRX ，UE休眠时间更长，更省电；相比 PSM 模式，UE 支持周期监听寻呼信道，能够较为及时地响应被叫业务。

上图中 10.24s 源自 eDRX 引入的超帧（H-SFN,Hyper-SFN），eDRX 周期的取值以超帧为单位，1H-SFN = 1024*SFN=10.24s（1帧长为10ms，沿袭 LTE Type1 的帧结构）。

PTW（寻呼时间窗口）由 MME 配置给终端，终端只在寻呼窗口内被唤醒，周期性监听寻呼信道，直到接收到寻呼消息或PTW结束。PTW 长度为 2.56s 的整数倍，最长为 16 个 2.56s 。寻呼时间窗口内，可以下发一条命令给 UE ，如果 UE 不在线，EPC 只能缓存一条消息，下发消息后，最长需要等待一个 eDRX 周期。

空闲态eDRX 的寻呼流程

（1）eNodeB 广播超帧号；

（2）UE 获取超帧号，当要使用 eDRX 功能时，在 attach request / TAU request 中携带 eDRX周期长度，发送给 MME ;

（3）若 MME 接受 UE 的请求，为 UE 进行配置周期长度与寻呼时间窗口长度，下行 attach accept / TAU accept 给 UE ；若拒绝请求，UE 使用 DRX 机制；

（4）有消息送达 S-GW 时，通知 MME , MME 根据 eDRX 周期 ，在 UE 寻呼帧时间到达前，将寻呼消息发送给 eNodeB ;

（5）eNodeB 收到寻呼消息后，根据消息中的 eDRX 周期与基站配置的寻呼周期计算得出 PO ,在此时间将寻呼消息下发给终端；

（6）UE 通过与 eNodeB 同样的方式计算出下发时间，并在此时间监听，获得 eNodeB 下发的寻呼消息。

华为平台的eDRX简易图例如下，原帖参见：华为平台 eDRX

三. PSM

PSM 的工作原理是在空闲态下再加一个新的状态（即 PSM），进入 PSM 状态后，终端在网络中仍然是已注册状态，但不再监听寻呼消息，进入深度睡眠状态，相当于关机状态。终端可以在附着或者 TAU 的过程中，携带 T3324 和 T3412 定时器值向网络申请使用 PSM。UE从连接态进入到空闲态后，定时器运行（即开启 Active Time），在定时器终止（即 Active Time超时），进入 PSM 状态。

PSM 原理图示如下：

PSM 本身不带周期配置，如果需要按照固定间隔接收下行数据，可以通过与 TAU （Tradcing Area Update）相结合进行配置。

华为平台的PSM简易图例如下，原帖参见：华为平台 PSM

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