NB-IoT下行物理層技術(shù)

1、NB-IoT 下行物理層技術(shù)蜂窩式物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大體分為兩種，一種是 NB-IoT技術(shù)，一種是非NB-IoT技術(shù)（例如eMTC等），這兩種技術(shù)在物理 層架構(gòu)，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)上有所區(qū)別。NB-IoT技術(shù)提供了一種低功耗的網(wǎng)絡(luò)接入方式。目前NB-IoT協(xié)議只支持FDD （頻分雙工）工作模式，載波帶寬180kHz , 相當(dāng)于LTE網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)PRB的帶寬，子載波間隔可以是3.75kHz或者15kHz。NB-IoT與Rel-8定義的LTE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)， UE是相對(duì)獨(dú)立的，像跨系統(tǒng)移動(dòng)性，切換，測(cè)量報(bào)告，GBR,載波聚合，雙連接，CSFB回落，物物通信等技術(shù)功能在NB-IoT是不支持的。NB-IoT與LTE大網(wǎng)之間的共

2、存模式有三種，分別是 In-band（帶內(nèi)）,Guard-band （保護(hù)帶）Standalone （獨(dú)立）。這 也意味著NB-IoT如何組網(wǎng)，采取帶內(nèi)組網(wǎng)方式部署較容易，同廠家升級(jí)較快，但是對(duì)于 LTE網(wǎng)內(nèi)的資源調(diào)度會(huì)有一定 影響。保護(hù)帶組網(wǎng)方式相比帶內(nèi)頻率效率更高，但是需要考慮和大網(wǎng)的干擾共存。獨(dú)立組網(wǎng)方式與LTE大網(wǎng)可以完全分開(kāi)，獨(dú)立運(yùn)維，但是需要額外的 FDD頻譜資源。UE通過(guò)小區(qū)同步，解讀 MIB-NB系統(tǒng)消息可以得知組網(wǎng)的模式。nyp«r3Fif-L55-ri3 jeMdu 1 injmFAS is 1-tl 3StT SILTHG (3tit 閉.中皿tUi酸斑uope

3、 rar iInfc-13工但工一哈 門(mén)工inbind-DtfferentPCI*r1JInb4Jil-DLffeMnt PCI-UB-rlJ.中HrdbAMrU11Guardb4nd-H9rl3| 1 5-的LUC+一田三1331 初版Iki) I叩，工士wterQilaet-riS «P*TCGanne ia*aterOrfBIT ST51IIWJ (SUE 】eyc.ra-CRS-ieiutDctlnfc-rli血matt 1II7TIGEA U3口s-ri3 :=ERUIESATZD t iaix, fduxj rChaicK l£ad Ccrtirsr G-lfB

4、-;1 3 ； 3LT ET1IIK ：?IZE 2.NRS （ Narrowband Reference Signal）如同LTE的CRS,窄帶參考信號(hào)也是 NB-IoT 里面重要的物理層信號(hào)，作為 信道估計(jì)與網(wǎng)絡(luò)覆蓋評(píng)估的重要參考依據(jù)。在UE沒(méi)有解讀到MIB-NB里面的operationModeInfo字段時(shí)，UE默認(rèn)NRS窄帶參考信號(hào)分別在子幀0,4和9 （不包含NSSS）上進(jìn)行傳輸。當(dāng)UE解碼MIB-NB中的operationModeInfo 字段指示為guardband 或者standalone 模式后,在UE進(jìn)一步解碼SIB1-NB前,UE默認(rèn)NRS在子幀0,1,3,4和9 （不包

5、含NSSS）上進(jìn)行傳輸。如果解碼SIB1-NB后，UE默認(rèn)NRS在每個(gè)不含NPSS或者NSSS的NB-IoT下行子幀進(jìn)行傳輸。當(dāng) UE 解碼 MIB-NB 中的 operationModeInfo 字段指示為 inband-SamePCI 或者 inband-DifferentPCI 模式后,在UE解碼SIB1-NB之前,UE默認(rèn)NRS在子幀0,4,9 （不包含NSSS）上進(jìn)行傳輸。當(dāng)UE解碼SIB1-NB之 后，UE默認(rèn)在每個(gè)不含NPSS或者NSSS的NB-IoT的下行子幀進(jìn)行傳輸。單天線端口 NRS位置vs雙天線端口 NRS位置(注：NB-IoT最多只支持下行雙天線端口傳輸)主同步信號(hào) N

6、PSS (Narrowband primary synchronization signal )NB-IoT的主同步信號(hào)僅作為小區(qū)下行同步使用。在 NB-IoT中主同步信號(hào)傳輸?shù)淖訋枪潭ǖ模瑫r(shí)對(duì)應(yīng)的天線端口 號(hào)也是固定的，這也意味著在其他子幀傳輸?shù)闹魍叫盘?hào)的端口號(hào)并不一致。值得注意的是，傳輸NPSS的5號(hào)子幀上沒(méi)有NRS窄帶參考信號(hào)，另外如果在帶內(nèi)組網(wǎng)模式下與CRS小區(qū)參考信號(hào)重疊，重疊部分不計(jì)作 NPSS,但是仍然作為NPSS符號(hào)的一個(gè)占位匹配項(xiàng)(詳見(jiàn) 36.211. R13 10.2.7.1.2 )輔同步信號(hào) NSSS (Narrowband secondary synchroniz

7、ation signal )與NPSS位置部署原則大體一致，NSSS部署在偶數(shù)無(wú)線幀的9號(hào)子幀上，從第4個(gè)OFDM符號(hào)開(kāi)始，占滿12個(gè)子載 波。該9號(hào)子幀上沒(méi)有NRS窄帶參考信號(hào)，另外如果在帶內(nèi)組網(wǎng)模式下與CRS小區(qū)參考信號(hào)重疊，重疊部分不計(jì)作NSSS,但是仍然作為NSSS符號(hào)的一個(gè)占位匹配項(xiàng)。與LTE大網(wǎng)中PCI需要通過(guò)PSS和SSS聯(lián)合確定不同，窄帶物聯(lián)網(wǎng)的物理層小區(qū)ID僅僅需要通過(guò)NSSS確定(依然是 504個(gè)唯一標(biāo)識(shí))，這意味著 NSSS的編碼序列有504組。藍(lán)色部分為CRS的位置，黃色部分為 NSSS位置通過(guò)UE角度看，NB-IoT下行是半雙工傳輸模式，子載波帶寬間隔是固定的15kH

8、z,每一個(gè)NB-IoT載波只有一個(gè)資源塊(resource block )。下行窄帶參考信號(hào)被布置在每個(gè)時(shí)隙的最后兩個(gè)OFDM符號(hào)中，每個(gè)下行窄帶參考信號(hào)都對(duì)應(yīng)一個(gè)天線端口，NB-IoT天線端口是1個(gè)或者2個(gè)。物理層同樣被分配了 504個(gè)小區(qū)ID, UE需要確認(rèn)NB-IoT的小區(qū) ID與LTE大網(wǎng)PCI是否一致，如果二者一致，那么對(duì)于同頻的小區(qū)，UE可以通過(guò)使用相同天線端口數(shù)的 LTE大網(wǎng)小區(qū)的CRS(小區(qū)級(jí)參考信號(hào))來(lái)進(jìn)行解調(diào)或者測(cè)量。UE除了根據(jù)NSSS(Narrowband Secondary Synchronization Signal) 確定小區(qū)物理ID之外，還需要像LTE大網(wǎng)小區(qū)駐

9、留流程一樣，根據(jù)這兩個(gè)同步信號(hào)進(jìn)行下行同步，NPSS的位置位于NPBCH (Narrowband physical broadcast channel )以64個(gè)無(wú)線幀為循環(huán)，在 mod64=0 的無(wú)線幀上的0號(hào)子幀 進(jìn)行傳輸，同樣的內(nèi)容在接下來(lái)連續(xù)的 7個(gè)無(wú)線幀中的0號(hào)子幀進(jìn)行重復(fù)傳輸，NPBCH不可占用0號(hào)子幀的前三個(gè) OFDM符號(hào)，避免與LTE大網(wǎng)的CRS以及物理控制信道的碰撞。根據(jù) 3GPP 36.211 R13定義，一個(gè)小區(qū)的NPBCH 需要傳輸1600比特，采取QPSK調(diào)制，映射成800個(gè)調(diào)制符號(hào)，而每8個(gè)無(wú)線幀重復(fù)傳輸，64個(gè)無(wú)線幀將這800個(gè) 調(diào)制符號(hào)傳完，意味著每8個(gè)無(wú)線幀重

10、復(fù)傳輸100個(gè)調(diào)制符號(hào)，那么在這8個(gè)無(wú)線幀的每個(gè)0號(hào)子幀中需要傳輸這100 個(gè)調(diào)制符號(hào)。這里進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算，一個(gè) NB-IoT子幀包含12*7*2=168 個(gè)RE,扣掉前三個(gè)OFDM符號(hào)，再扣掉 NRS占用的RE,再扣掉CRS占用的RE (假設(shè)為雙端口發(fā)射)，那么一共168-12*3-4*4-4*2=100 個(gè)RE,恰好對(duì)應(yīng) 100個(gè)QPSK調(diào)制符號(hào)，因此每個(gè)無(wú)線幀上的 0號(hào)子幀恰女?裝滿了 NPBCH的符號(hào)。藍(lán)色部分為CRS的位置，斜線部分為 NRS的位置，黃色部分為 NPBCH位置NPDCCH (Narrowband physical downlink control channel)

11、 ,相比 LTE下行較多的物理控制信道， NB-IoT 只有 NPDCCH信道傳遞控制信息。窄帶物理控制信道通過(guò)連續(xù)的一個(gè)或者聚合兩個(gè)NCCE (Narrowband control channelelement )的方式進(jìn)行傳輸。一個(gè) NCCE占據(jù)6個(gè)連續(xù)的子載波，其中NCCE0占據(jù)05子載波，NCCE1占據(jù)611 子載波。每個(gè)NPDCCH是以R個(gè)連續(xù)的NB-IoT下行子載波進(jìn)行重復(fù)傳輸?shù)摹PDCCH有三種。第一種是 Type1-NPDCCH公共搜索空間，UE通過(guò)檢測(cè)該搜索空間獲取尋呼消息。第二種是 Type2-NPDCCH公共搜索空間， UE通過(guò)檢測(cè)該搜索空間獲取隨機(jī)接入響應(yīng)消息(RAR

12、)。第三種是UE專用NPDCCH搜索空間，UE通過(guò)檢測(cè)專屬空 間獲取專屬控制信息。我們先計(jì)算一下NPDCCH的起始子幀位置，如果是Type1-NPDCCH 公共搜尋空間模式，以k0為起始位置，這也是 尋呼的起始位置。這里有必要多說(shuō)一下尋呼，尋呼消息是在尋呼幀(Paging Frame,PF )的尋呼子幀(Paging Occasion,PO )上發(fā)出的， 因此 UE 需要周期性的監(jiān)聽(tīng)這些位置。 如果 defaultPagingCycle=rf256,nB=twoT,SFN mod T= (T divN)*(UE_ID mod N),i_s = floor(UE_ID/N)mod Ns,UE_I

13、D=IMSI mod 4096(LTE UE_ID=IMSI mod 1024),例如IMSI為460003313889448 經(jīng)過(guò)計(jì)算UE_ID為168 ,那么PF為mod256=168 的無(wú)線幀，PO為0號(hào)子幀，那 么UE就需要偵聽(tīng)無(wú)線幀為168,子幀0上是否有P-RNTI ,并且以256無(wú)線幀為周期循環(huán)偵聽(tīng)P-RNTI。UE還需偵聽(tīng)連續(xù)的R-1個(gè)子載波獲得可靠的重復(fù)發(fā)送 NPDCCH , R是根據(jù)Rmax和DCI子幀連續(xù)數(shù)共同決定。UE如 果沒(méi)有把連續(xù)的Rmax通過(guò)獲取小區(qū)系統(tǒng)消息塊SystemInformationBlockType2-NB 中的控制信息 radioResourceCo

14、nfigCommon 中的參數(shù) npdcch-NumRepetitionPaging 獲取，該參數(shù)取值范圍 r1, r2, r4, r8, r16, r32, r64, r128,r256, r512, r1024, r2048假設(shè)Rmax取值64, DCI子幀重復(fù)數(shù)取值為3,查表(36.213 R13 表16.6-2 )可知對(duì)應(yīng)R取值為8,那么根據(jù)以上 尋呼起始位置的計(jì)算，意味著 UE需要周期偵聽(tīng)無(wú)線幀168+256n(n=0,1,2,3.),子幀0,同時(shí)連續(xù)重復(fù)8個(gè)子幀獲取 NPDCCH中的尋呼消息。值得一提的是，這里DCI子幀連續(xù)數(shù)并不是高層消息告知 UE的，在這里UE采取盲檢機(jī)制逐 步

15、嘗試檢測(cè)所有的DCI模式。如果沒(méi)有檢測(cè)到連續(xù)的控制信息，UE會(huì)將已檢測(cè)到的NPDCCH丟棄。從這點(diǎn)來(lái)看，NB-IoT 對(duì)于控制信道的解碼可靠性還是極為看重的，要么不收，要么收全。當(dāng)然，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)實(shí)際配置 NPDCCH時(shí)需要與NPBCH的時(shí)隙錯(cuò)開(kāi)，因此UE會(huì)嘗試在非子幀0的其他子幀開(kāi)始嘗試檢 測(cè)NPDCCH o NB-IoT也可以采取多載波的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)側(cè)需要將NPSS,NSSS,NPBCH與UE專屬NPDCCH 分別配置在不同的載波。NPDCCH在子幀中的起始位置INPDCCHStart取決于SIB1-NB里的eutraControlRegionSize參數(shù)設(shè) 置，對(duì)于Type2-NP

16、DCCH 和UE專屬NPDCCH的起始位置確定方式與 Typel有所不同，具體細(xì)節(jié)可參考36.213 R13 16.6。NPDSCH (Narrowband physical downlink shared channel)NB-IoT對(duì)于NPDSCH的傳輸穩(wěn)定性極為關(guān)注，通過(guò)重復(fù)傳遞同一NPDSCH的方式確保傳輸?shù)馁|(zhì)量，這也是 NB-IoT宣稱的強(qiáng)化覆蓋技術(shù)手段之一。NPDSCH可以承載BCCH,例如承載系統(tǒng)消息，也可以承載一般的用戶數(shù)據(jù)傳輸。對(duì) 應(yīng)這兩種承載，傳輸信號(hào)加擾的方式有所不同。同時(shí)，子幀重復(fù)傳輸?shù)哪Ｊ揭灿兴煌?。承載NPDSCH的子幀以及占位有一定規(guī)則，NPDSCH的子幀不可以與

17、NPBCH , NPSS或者NSSS的子幀復(fù)用。另外， 承載子幀中NRS和CRS的位置既不作為NPDSCH ,也不作為符號(hào)匹配。在收到傳輸NPDCCH以及DCI的最后一個(gè)子幀n后，UE嘗試在n+5子幀為其實(shí)之后的N個(gè)連續(xù)下行子幀(不含承 載系統(tǒng)消息的子幀)進(jìn)行對(duì)應(yīng) NPDSCH的解碼。這N個(gè)連續(xù)下行子幀的取決于兩個(gè)因素，也就是 N=Nrep*NSF, 一個(gè) 是Nrep,意味著每一個(gè)NPDSCH子幀總共重復(fù)傳輸?shù)拇螖?shù)，NSF意味著待傳數(shù)據(jù)需要占用的子幀數(shù)量，這兩個(gè)因素都 是根據(jù)對(duì)應(yīng)的DCI解碼得出的，在協(xié)議中可以查表得出對(duì)應(yīng)關(guān)系(36.213 R13 16.4.1.3 )。根據(jù)不同的DCI (N

18、1, N2 ) 格式，需要注意的是在UE預(yù)期的n+5子幀以及實(shí)際傳輸NPDSCH的起始子幀之間存在調(diào)度延遲，如果是 N2格式， 該調(diào)度延遲為0。如果是N1格式，可以本g據(jù)DCI的延遲指示Idelay和NPDCCH的最大重傳Rmax依據(jù)協(xié)議規(guī)定(36.213 R13表16.4.1-1 )共同確定調(diào)度延遲。協(xié)議規(guī)定，UE在NPUSCH上傳數(shù)據(jù)之后的三個(gè)下行子幀之內(nèi)不認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)會(huì)傳 輸NPDSCH數(shù)據(jù)，另外一種在物理層體現(xiàn)延遲傳輸 NPDSCH的技術(shù)是設(shè)置GAP, GAP的長(zhǎng)度由系統(tǒng)消息中的公共資 源配置參數(shù)決定的，這也為多用戶的數(shù)據(jù)錯(cuò)峰傳輸預(yù)留了空間。DL -GapConfiyNB inFormat

19、ien ftlemertt-J-dl-"SdpDu r jl-C13 EITUMEBJlTEZi an*E i.p on* oiizXSij, h,r« ft*.rIf I1 . ' -NPDSCH承載系統(tǒng)消息和承載非系統(tǒng)消息數(shù)據(jù)的物理層流程以及幀結(jié)構(gòu)有所不同。承載非系統(tǒng)消息數(shù)據(jù)的NPDSCH每個(gè)子幀先重復(fù)發(fā)送，直到N=N rep*NSF個(gè)子幀都傳輸完。而承載系統(tǒng)消息的 NPDSCH先以NSF個(gè)子幀傳輸完，在循環(huán) 重復(fù)，直到N = N rep*NSF個(gè)子幀都傳輸完。這兩種傳輸方式占用資源的方式相似，之所以在重復(fù)傳輸機(jī)制上有所差異， 可能主要還是考慮UE對(duì)于系統(tǒng)消息響

20、應(yīng)的及時(shí)程度。對(duì)于承載非系統(tǒng)消息數(shù)據(jù)的NPDSCH是通過(guò)對(duì)應(yīng)NPDCCH加擾 的P-RNTI,臨時(shí)C-RNTI或者C-RNTI進(jìn)行解碼的，同時(shí)NPDSCH持續(xù)占用的子幀情況也是通過(guò)解碼 DCI予以明確的。 而與之不同的是，承載系統(tǒng)消息的 NPDSCH起始無(wú)線幀以及重復(fù)傳輸占用子幀情況是通過(guò)解碼小區(qū)ID和M舊-NB消息中的schedulingInfoS舊1 參數(shù)獲得的，當(dāng)然這樣承載系統(tǒng)消息的NPDSCH是通過(guò)SI-RNTI進(jìn)行符號(hào)加擾的。SIB1-NB 是在子幀4進(jìn)行傳輸?shù)摹?duì)于在子幀內(nèi)具體的起始位置則取決于組網(wǎng)方式，如果NPDSCH承載SIB1-NB并且是帶內(nèi)組網(wǎng)模式，則從第4個(gè)OFDM符號(hào)開(kāi)

21、始(避開(kāi)前三個(gè) OFDM符號(hào))，其他組網(wǎng)模式從第一個(gè) OFDM符號(hào)(0號(hào)OFDM 符號(hào))。如果NPDSCH承載其他信息，說(shuō)明此時(shí)已經(jīng)正確解碼了SIB1-NB ,那么通過(guò)解讀SIB1-NB中的eutraControlRegionSize 參數(shù)(這是可選參數(shù))來(lái)獲取起始位置，如果該參數(shù)沒(méi)有出現(xiàn)，那么從 0號(hào)OFDM符號(hào)開(kāi)始 傳輸。MN1STMLTSysipjri!tttiBlock Tjfpef-NB rneuyS ya Mnluf Etxuu.DnS lsck,7 pe:=hyp«SFWTHSB-xL3 c«l kAc c* iR*l «t«dl mf口 -z 11 plm- Idfr ntx ty Lxt:工 t e* crki ng: Ar aodi *rl3 cel JUl(taErt:tr 了-京 13 CBllSB£ivid eL3