NB-IoT物联网技术解析中的待机功耗

NB-IoT为降低待机功耗，引入了节电模式（Power Saving Mode，PSM）和扩展的非连续接收（Extended Discontinues Reception，e-DRX）两大特性。本节将详细介绍这两项功能及其特点。

1.PSM

PSM功能允许终端数据传输完成后向网络申请进入深度睡眠，原理如图9.1所示（未配置PSM终端监听寻呼消息情况，见图9.2）。终端可以在Attach Request/TAU Request等NAS信令中携带T3324 IE向网络申请使用PSM，如果网络同意，则通过Attach Accept/TAU Accept等信令配置Active Time。UE从连接态转到空闲态后开启Active Time，在Active Time超时后进入PSM状态。终端在Active Time时间内正常监听寻呼消息，为可及状态；进入PSM状态后不再监听寻呼消息，变为不可及状态。当需要上行数据传输或者周期性TAU/RAU时终端从PSM状态唤醒。

终端在PSM状态下进入深度睡眠，仅有时钟等少量活跃电路，耗电极低，在μA级别。终端PSM状态类似于关机，但和关机存在很大差异，主要差别为终端处于PSM状态时，在网络中仍然是已注册状态，从PSM唤醒后不需要重新附着；而终端关机再开机需要重新进行附着流程。

考虑到终端处于PSM状态时无法被寻呼到，PSM适用于上报类业务，比如智能表计。智能表计终端的业务一般是数据上报，且上报周期比较长，承载该类业务的终端非常适合配置PSM功能。以每两小时上报一条长度为200B的数据包计算，处于覆盖中点的终端有99%的时间可以处于PSM状态，也就是说几乎大部分时间待机电流都在μA级别，能够大幅度延长工作时长。

图9.1 PSM原理图

图9.2 未配置PSM终端时钟需要监听寻呼消息

需要说明的是，PSM功能本身是不带周期配置的，PSM和周期性TAU结合，可以达到周期性唤醒通信模块的目的，最短周期秒级，最长周期32×320h。对于有下行数据传输需求的业务，可以合理配置TAU的周期，使终端即使没有上行数据传输也可以按照固定间隔从PSM中醒来接收下行数据。(www.xing528.com)

2.eDRX

对于随机触发且对时延有要求的下行业务，由于需要监听下行消息，PSM不再适用，更灵活的方法是使用eDRX，其功能如图9.3所示。

eDRX功能是在3GPP Release 8 DRX基础上，为了进一步增强节电效果进行的功能扩展。R8定义的DRX周期最长为2.56s（空闲态和连接态最大周期相同），eDRX通过延长唤醒周期进一步降低终端连接态和空闲态功耗。对于空闲态，NB-IoT eDRX最大周期为174.76min，周期时间取值范围为{20.48s，40.96s，81.92s，163.84s，327.68s，655.36s，1310.72s，2621.44s，5242.88s，10485.76s}。在每个寻呼周期内，设置一段寻呼窗口（Paging Time Window，PTW），在寻呼窗口内终端按照寻呼周期监听下行寻呼消息。

eDRX将非连续接收的周期最长扩展到了将近3h，一方面使参数配置更加灵活，适合多种不同数据传输频率的业务，另一方面更长的周期可以进一步降低待机功耗。关于eDRX功能的使用，根据不同业务的时延要求、数据传输频率，可以选择合理的eDRX周期。

图9.3 eDRX功能示意图

eDRX和PSM的差异在于，不管是否有数据需要上报，eDRX都会周期性监听寻呼，不产生信令。在待机电流方面，PSM状态下深睡眠电流大致在5μA以下，具备支持数年续航时长的条件；eDRX状态待机电流大于PSM状态，根据具体周期不同，待机电流在微安到毫安不等，最大周期下eDRX待机电流接近PSM。

此外，eDRX和PSM可以联合使用。当两者同时配置时，PSM生效，且在PSM Active Time运行期间eDRX生效，Active Time超时后进入PSM，达到最大省电效果。需要注意的是，希望PSM和eDRX同时生效，则应保证ActiveTime时长大于eDRX周期。