第4章 NB-IoT物理层

NB-loT的物理层相比LTE系统进行了大量的简化和修改,包括多址接入方式、工作频段、帧结构、调制解调方式、天线端口、小区搜索、同步过程、功率控制等。物理层信道分为下行物理层信道和上行物理层信道,重新定义了重要的NPSS和NSSS,目的是简化UE的接收机设计。NB-loT的帧结构和LTEFDD的帧结构完全一致。下行物理信道仅支持Normal循环前缀(CyclicPrefix,CP),没有扩展CP结构。,前言,视/讯/技/术,第4章NB-IoT物理层第1节下行链路,讲师孟磊,4.1下行链路传输机制,OFDMA技术15kHz的载波间隔下行最小调度单元为一个PRB,频域上每个NB-IoT载波只包含一个PRBFDD,半双工UE的上行传输只支持单天线端口,下行传输最多支持两个天线端口(AntennaPort),NB-loT下行的参考信号,资源的位置在时间上与LTE系统的CRS小区特定的参考信号错开,在频率上则与之相同,4.1下行空口流程,4.1下行空口流程,UE在开机前并不知道小区（cell）是否存在，也不知道小区是如何工作的。UE要与某个小区进行通信，首先要选择一个运营商（如移动、联通、电信），即选择PLMN。选择完PLMN后，UE会进行小区搜索，选择一个它认为最好的小区进行驻留。这是根据eNodeB（小区）每隔10ms发送一次的主同步信号NPSS和每隔20ms发送一次辅同步信号NSSS来决定的。通过NPSS/NSSS，UE能够与小区获得时间和频率上的同步，以及得到小区的PCI等。UE确定了要进行通信的小区后，需要获取该小区的系统信息，以便获知如何在该小区上正确地工作。小区会不停地发送与该小区相关的系统信息（MIB-NB/SIB-NB）。与LTE不同的是，只有处于IDLE态下的NB-IoTUE才会在需要的时候去获取这些系统信息。,4.1下行空口流程,获取了小区的系统信息之后，UE就知道了该如何接入该小区，此时UE会发起随机接入过程以便与小区建立连接。但与LTE不同的是，在Rel-13中，NB-IoT只支持基于竞争的随机接入过程。UE与eNodeB建立起连接以后，UE可能需要与eNodeB进行数据传输。eNodeB会通过NPDSCH来承载它所发给UE的数据，并通过NPDCCH告诉UE对应的NPDSCH在哪些无线资源上传输以及如何传输。而UE需要使用ACK/NACK来告诉eNodeB它是否成功接收到了数据。此时ACK/NACK是通过NPUSCH来发给eNodeB的。如果UE没有成功接收到下行数据，eNodeB需要重传数据。,4.1下行空口流程,与LTE不同的是，NB-IoT在频域上的带宽只有180kHz（相当于LTE中频域上的一个RB），可能导致一个子帧无法传输完一个TB，因此一个TB可能会在时域上占用多个子帧。与此同时，为了满足覆盖的需求，一个TB可能在一次传输中重复发送多次。针对一次传输内重复传输多次的同一个TB，只会对应一个ACK/NACK反馈。类似的，针对一个TB（可能重复传输多次）的ACK/NACK反馈也可能重复发送多次，以满足覆盖的需求。与LTE不同的是，NB-IoTUE不会通过反馈CSI来告知eNodeB下行无线信道质量信息，而只会通过随机接入过程中的NPRACH资源选择来告诉eNodeB自己所处的CE等级。,4.1下行空口流程,当UE与eNodeB之间没有数据传输时，UE并不需要一直保持在连接（RRC_CONNECTED）状态。UE可以处于RRC_IDLE态，并每隔一段时间“醒来”一次，去接收Paging-NB消息，以确定是否有呼叫请求。eNodeB还可以通过Paging-NB来告诉UE，系统信息发生了变化。但与LTE相比，NB-IoTUE“睡着”的时间可以更长，以降低功耗。,4.2同步信号,NB-IoT的同步信号包括：NPSS和NSSS。NPSSNPSS用于时间和频率的同步，不携带任何小区的ID信息。固定在每个帧的第5号子帧上发送，周期为10ms，占用整个子帧。频域占据010号11个子载波。时域上固定预留前3个符号。Inband场景下遇到LTECRS的RE时按实际占用RE数量进行打孔处理。采用长度为11的ZC序列生成。,4.2同步信号,NSSSNSSS的作用是用于终端获取504个小区ID信息（PCI）及80ms的帧定时信息。固定在每个偶数帧的第9号子帧上发送，周期为20ms。NSSS占据频域的011号12个子载波。时域上固定预留前3个符号。Inband场景下遇到LTECRS的RE时按实际占用RE数量进行打孔处理。NSSS为长度131的ZC序列，并通过4个HADAMARD矩阵加扰来指示504个小区ID。,4.3NPBCH,1、信号与信道的区别信号不承载具体的信息bit，而信道是要传data。信号是没有上层处理，一般都是直接在物理层处理，而信道往往有传输信道、逻辑信道等。2、系统消息简介系统信息广播主要提供了接入网系统（无线侧）的主要信息，也包括少量的NAS和核心侧的信息，其目的是便于UE建立无线连接并使用网络提供的各项功能。对于无线系统而言，系统消息广播功能是必须实现的功能。,4.3NPBCH,3、LTE系统消息分为MIB+severalSIBs，其中MIB称为主信息块MasterInformationBlock，中间传输的都是最基本、最重要的信息，是终端解读后续SIBs的基础。LTE中MIB包含了有限的几个比较重要的系统参数，且是在BCH上发送；终端必须先读取MIB消息，才可以后续读取SIBs消息LTE中SIBs包含了其它的必要信息，在DL-SCH上发送。,4.3NPBCH,4、NPBCH用来承载MIB-NB（NarrowbandMasterInformationBlock），传输时间间隔（TransmissionTimeInterval）TTI为640ms，共计34bits。而其余系统信息如SIB1-NB等承载于NPDSCH中。4bit指示系统赖号SEN的最高有效位(MostSignificantBits,MSB),其余最位有效位(LestSigifiatBis.SB)过NPBCH的起始位置得出.2bit指示超级(Hyper)帧的LSB.4bit指示NB-SIB1的调度和传输块大小(TransportBlockSize,TBS)。5bit指示系统消息变化。1bit指示是否接入禁止(AccessBarring)。2bit指示部署模式,5bit指示该部署模式下的相关配置.11个备用bit,4.3NPBCH,5、NPBCH的处理过程1)附加CRC校验比特：基于34bits的有效载荷计算出16bits的校验比特；2)信道编码：使用TBCC编码；3)速率匹配：输出比特为1600bits；4)加扰：使用小区专有扰码进行加扰（每640ms重新生成一次扰码序列）；5)调制：QPSK调制；6)层映射/预编码；7)资源映射：将1600bits切成8块，每块成为一个编码子块。对应每个编码子块的调制符号被重复传输8次，并扩展到80ms的时间间隔上。,4.3NPBCH,4、NPBCH的处理过程,子块0共重复发送了8次,完全一样。子块1和子块2使用不同的扰码。NPBCH固定映,射到每个无线帧的第0子帧。,4.3NPBCH,固定在每个帧的第0号子帧上发送，周期为10ms，频域上12个子载波和LTE一样，NB-PBCH端口数通过CRCmask识别，区别是NB-IOT最多只支持2端口。NB-IOT