備注：因原帖不能更新了，所以《【吳老司撩通信】老司機解讀NB-IOT系列》的前四章，請各位移步至鏈接：

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1         【吳老司撩通信】老司機解讀NB-IOT-5.NB-IOT小功耗之太極拳

2         導語

上一篇老司機談到了NB的節(jié)電技術之前戲，即LTE中的DRX技術，本篇來詳細扯一扯NB的節(jié)電技術，為節(jié)能環(huán)保做點貢獻（實際情況是階梯電價了，傷不起！你懂滴）。

3         正文總起

太極拳由張三豐所創(chuàng)。 太極拳這套拳術的訣竅是“虛靈頂勁、涵胸拔背、松腰垂臀、沉肩墜肘”十六個字，純以意行，最忌用力。形神合一，是這路拳法的要旨。

下面我們要談的NB的節(jié)電技術，正應了太極拳中的虛靈頂勁，最忌用力了。

那么NB中對于終端功耗的目標是什么呢？答案是：基于AA（5000mAh）電池，使用壽命可超過10年。各位用發(fā)瘋手機自帶充電寶的的小同學（愛瘋7P電池容量為2900mAh），看到這個結論，你的狗眼有木有被亮瞎？

下面吳老師將重點介紹NB中主要用到的兩種節(jié)電技術，分別是PSM和eDRX。正因為前面已經(jīng)將前戲部分部分做足，咱們今天可以直入主題。

4         PSM(Power Saving Mode)

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PSM的技術原理非常簡單，即在IDLE態(tài)下再新增加一個新的狀態(tài)PSM（idle的子狀態(tài)），在該狀態(tài)下，終端射頻關閉（吳老司的理解是能關的都關，進入冬眠狀態(tài)了，而以前的DRX狀態(tài)是淺睡狀態(tài)），相當于關機狀態(tài)（但是核心網(wǎng)側還保留用戶上下文，用戶進入空閑態(tài)/連接態(tài)時無需再附著/PDN建立）。此功能在3GPP的Release 12被引入，相關協(xié)議規(guī)范在24.301-5.3.11 Power saving mode and 23.682-4.5.4 UE Power Saving Mode.

在PSM狀態(tài)時，下行不可達，DDN到達MME后，MME通知SGW緩存用戶下行數(shù)據(jù)并延遲觸發(fā)尋呼；上行有數(shù)據(jù)/信令需要發(fā)送時，觸發(fā)終端進入連接態(tài)。

終端何時進入PSM狀態(tài)，以及在PSM狀態(tài)駐留的時長由核心網(wǎng)和終端協(xié)商。如果設備支持PSM（Power Saving Mode），在附著或TAU（Tracking Area Update）過程中，向網(wǎng)絡申請一個激活定時器值。當設備從連接狀態(tài)轉移到空閑后，該定時器開始運行。當定時器終止，設備進入省電模式。（PS：這里實際上是兩個定時器起作用，分別為T3324和T3412，想詳聽的請到601來下，僅限美女）。

進入省電模式后設備不再接收尋呼消息，看起來設備和網(wǎng)絡失聯(lián)，但設備仍然注冊在網(wǎng)絡中。UE進入PSM模式后，只有在UE需要發(fā)送MO數(shù)據(jù)，或者周期TAU/RAU定時器超時后需要執(zhí)行周期TAU/RAU時，才會退出PSM模式，TAU最大周期為310小時。

這里引用華為的一些數(shù)據(jù)來說明PSM模式下的省電效果，從中可見PSM模式下耗電量與普通的空閑態(tài)下的耗電量的1/200，省電效果完勝（終于明白什么是睡美人了吧？）。

PSM的優(yōu)點是可進行長時間睡眠，缺點是對MT（被叫）業(yè)務響應不及時，主要應用于表類等對下行實時性要求不高的業(yè)務。實際上，物聯(lián)網(wǎng)設備的通信需求和手機是不同的，也正因如此，才可以設計PSM模式。物聯(lián)網(wǎng)通常只會做上行發(fā)送數(shù)據(jù)包，而且是否發(fā)送數(shù)據(jù)包是由它自身來決定，不需要隨時standby的等待其他終端的呼叫，而手機無時不刻的不在等待網(wǎng)絡發(fā)起的呼叫請求。如果按照2G/3G/4G的方式去設計物聯(lián)網(wǎng)的通信，那么意味著物聯(lián)網(wǎng)的設備的行為也如同手機一樣，會浪費大量的功耗在監(jiān)聽網(wǎng)絡隨時可能發(fā)起的請求上，無法做到低功耗。

基于NB-IoT技術，物聯(lián)網(wǎng)終端在發(fā)送數(shù)據(jù)包后，立刻進入一種休眠狀態(tài)，不再進行任何通信活動，等到它有上報數(shù)據(jù)的請求的時刻，它會喚醒它自己，隨后發(fā)送數(shù)據(jù)，然后又進入睡眠狀態(tài)。按照物聯(lián)網(wǎng)終端的行為習慣，將會達到99%的時間在休眠狀態(tài)，使得功耗會非常低。

5         eDRX(Extended DRX)

在DRX部分，吳老師已經(jīng)談到，DRX狀態(tài)被分為空閑態(tài)和連接態(tài)兩種，依次類推eDRX也可以分為空閑態(tài)eDRX和連接態(tài)的eDRX。不過在PSM中已經(jīng)解釋，IOT終端大部分呆在空閑態(tài)，所以咱們這里主要講解空閑態(tài)eDRX的實現(xiàn)原理。

eDRX作為Rel-13中新增的功能，主要思想即為支持更長周期的尋呼監(jiān)聽，從而達到節(jié)電目的。傳統(tǒng)的2.56s的尋呼間隔對IOT終端的電量消耗較大，而在下行數(shù)據(jù)發(fā)送頻率小時，通過核心網(wǎng)和終端的協(xié)商配合，終端跳過大部分的尋呼監(jiān)聽，從而達到省電的目的。終端和核心網(wǎng)通過attach和TAU流程來協(xié)商eDRX的長度（up to 2.92h）。

引用華為的數(shù)據(jù)進行說明：

可見eDRX耗電是DRX的1/16，省電效果也是非�？捎^的（這說明早睡晚起對皮膚好總是有科學根據(jù)的）。

必須要說明的是：雖然在節(jié)電效果與PSM相比要差些，但是相對于PSM，大幅度提升了下行通信鏈路的可到達性。

6         PSM和eDRX的關系

第一，PSM和eDRX都是屬于3GPP協(xié)議中的技術，且對NB-IOT和eMTC都是適用的，如下所示：

第二，我們在做通信解決方案的時候，一個基本原理是“沒有免費的午餐”，總體資源一定的前提下，任何性能提升都是有代價的。從上面的分析不管是PSM還是eDRX，都可以看成是把深度睡眠時間的占比提升以降低功耗，實際上犧牲了實時性要求。相比較而言，eDRX的省電效果差些，但是實時性好些。這也就是為什么在有了PSM后還仍需要eDRX功能，因為各有所長，又各有縮短，他們正好可以用來適配不同的場景，比如eDRX可能更適合于寵物追蹤，而PSM更適用于智能抄表業(yè)務。

第三，尤其需要指出的是，NB-IoT目標是對于典型的低速率、低頻次業(yè)務模型，等容量電池壽命可達10年以上。對于這個十年的使用壽命，它的假設條件如下：根據(jù)TR45.820的仿真數(shù)據(jù)，在PSM和eDRX均部署的情況下，如果終端每天發(fā)送一次200byte報文，5瓦時電池壽命可達12.8年。這也就是說終端工作在最慵懶的狀態(tài)下，每天僅僅發(fā)送一次200 byte的報文，這幾乎是不工作的狀態(tài)，所以這也是極端場景。對于電池壽命的計算是個技術活，以后咱們再單獨成篇扯個五毛錢的。

第四，CMCC目前的策略是PSM為必選項，目前現(xiàn)網(wǎng)試點中主要開的也是PSM技術。

好了，本篇主要介紹了PSM和eDRX技術，下篇吳老司給大家聊聊NB的低成本。

1         【吳老司撩通信】老司機解讀NB-IOT-6.NB-IOT低成本之葵花寶典part1

2         導語

親，新年好！咱們又見面啦。上幾篇中，吳老司已經(jīng)扯完了NB的強覆蓋和小功耗技術特點，接下來將分幾個篇章來詳細扯一扯NB是通過哪些手段來降低成本的，本篇主要談到雙工方式對成本的影響。

3         正文總起

親，新年好！咱們又見面啦。謝謝大家2016年對吳老司的關注和支持！（好像才幾天吧？但是老祖宗不是說了嘛，一日不見如隔三秋呀）祝大家新年新氣象哦！

上幾篇中，吳老司已經(jīng)扯完了NB的強覆蓋和小功耗技術特點，接下來將分幾個篇章扯一扯NB通過哪些手段來降低成本的。

咱們先從葵花寶典撩起。

葵花寶典【先訣】：欲練神功，引刀自宮。若不自宮，功起熱生�？�花寶典的武功精髓就是一個字：快。令狐沖獨孤九劍的精髓就是對手在出招的瞬間發(fā)現(xiàn)破綻，攻擊破綻，從而逼得對手只得回防，根本無法出招，才能做到“只進攻，不防守”的境界。但對戰(zhàn)東方不敗時，由于他速度極快，即使發(fā)現(xiàn)破綻，出手的瞬間東方不敗下一招都使完了，破綻根本抓不著。--摘自百度

話說NB-IoT出山之前，物聯(lián)網(wǎng)的江湖上已經(jīng)有Sigfox、LoRa、ZigBee等諸多江湖成名高手，其產(chǎn)業(yè)鏈較為成熟，商業(yè)化應用較早。此外，這些高手的看家功夫基本都有一招叫做成本低廉，比如藍牙、Thread、ZigBee三種標準的芯片價格在2美元左右，僅支持其中一種標準的芯片價格還不到1美元。正因如此，NB-IOT在下山之前就暗暗苦練葵花寶典，一次一次自宮加自殘，終于練成了神功（目標為成本低到1美元），才使得NB-IOT在后續(xù)行走江湖時，唯快不破（便于大規(guī)模應用，市場推廣容易），從此有了縱橫江湖的實力。

今天吳老司跟大家八卦下，NB-IOT為了達到低成本目的，是如何揮刀自宮的。本集主要講述NB采用FDD半雙工模式，大幅降低了器件復雜度。

提到雙工方式，大家估計都笑了，這多簡單的事啊，地球人都知道啊，包郵只要98啊。

不過吳老司還是得提醒你，也許沒有你想的那么簡單，畢竟這不是在做選擇題考試。

就雙工問題，吳老司來幫你翻翻老黃歷，炒炒這盤夾生飯，請看招：

3.1       雙工方式在通信系統(tǒng)中處于什么樣的地位？

雙工是一切通信系統(tǒng)的最最底層的設計，也是通信系統(tǒng)最核心的標簽。例如在LTE系統(tǒng)中，常見的雙工方式就是TDD(Time Division Duplex)和FDD(Frequency Division Duplex)兩種，正因雙工方式的不同也就形成了TD-LTE和FDD-LTE兩種在咱們國家都采用了的4G技術。

3.2       雙工的作用是什么？

這個大家可以度娘出很多答案，吳老司的理解是：怎么區(qū)分上下行。不同于廣播電視僅有單向通信，咱們移動通信系統(tǒng)是雙向進行的，即既有下行數(shù)據(jù)接收，也有上行數(shù)據(jù)發(fā)送。雙工方式就是選擇用什么樣的方式來區(qū)分上、下行。比如最常見的區(qū)分方式示意圖如下：

PS：誰的青春沒有一個NOKIA？請允許吳老司向經(jīng)典致敬的誠意。

3.3       雙工方式怎么分類？

是FDD和TDD。恭喜你，你都會搶答了！

好，那么吳老司再問你，NB-IOT支持的是FDD半雙工模式。那么什么叫做FDD半雙工，這是個什么梗？？？（有沒有崩潰的感覺？防不勝防啊，全TM套路）

據(jù)前所述，在蜂窩通信系統(tǒng)中，根據(jù)發(fā)送信號雙工方式不同，可以分為TDD和FDD兩種雙工方式。實際上，其中FDD雙工方式可進一步分為全雙工FDD(Full-Duplex FDD)和半雙工FDD（Half-Duplex FDD, HD-FDD）。

對全雙工和半雙工方式做進一步說明：

l  全雙工（Full Duplex）是指在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時也能夠接收數(shù)據(jù)，兩者同步進行，這好像我們平時打電話一樣，說話的同時也能夠聽到對方的聲音。目前的網(wǎng)卡一般都支持全雙工。

l  半雙工（Half Duplex），所謂半雙工就是指一個時間段內(nèi)只有一個動作發(fā)生，舉個簡單例子，一條窄窄的馬路，同時只能有一輛車通過，當目前有兩量車對開，這種情況下就只能一輛先過，等到頭后另一輛再開，這個例子就形象的說明了半雙工的原理。早期的對講機、以及早期集線器等設備都是基于半雙工的產(chǎn)品。全雙工可以得到更高的數(shù)據(jù)傳輸速度。

3.4       半雙工怎么節(jié)約成本？

NB-IOT基于成本考慮，對FDD-LTE的全雙工方式進行閹割，僅支持半雙工。帶來的好處當然是終端實現(xiàn)簡單，影響是終端無法同時收發(fā)上下行，無法同時接收公共信息與用戶信息。工作示意圖如下圖所示：

l  上行傳輸和下行傳輸在不同的載波頻段上進行；

l  基站/終端在不同的時間進行信道的發(fā)送/接收或者接收/發(fā)送 ；

l  H-FDD與F-FDD的差別在于終端不允許同時進行信號的發(fā)送與接收，終端相對全雙工FDD終端可以簡化，只保留一套收發(fā)信機即可，從而節(jié)省雙工器的成本；

l  老司機還告訴小同學們一個秘密：早期的GSM手機的工作原理與此相同！趕快去翻老黃歷去吧！吳老司就不做大篇幅介紹，只提供一個經(jīng)典的GSM手機工作原理圖供參考：

3.5       NB支持TDD嗎？

這個問題，就算留個課后作業(yè)，各位小同學自己思考解答，下期解答，下課！