NB-IoT技术--物理层简介

孙英10011164,FDD商用性能二部,NB-IoT技术交流-物理层简介,第一部分NB-IoT操作模式第二部分下行物理层下行物理层总体NRSNPSS/NSSS/ChannelRasterNPBCHNPDCCHNPDSCH第三部分上行物理层上行物理层总体NPUSCHNPRACH,NB-IoT三种Operationmode,NB-IoTshouldsupport3differentmodesofoperation:Stand-aloneoperationGuardbandoperationIn-bandoperation相同PCID不同PCID,NB-IoT下行物理层总体,OFDMAonthedownlink15kHzsub-carrierspacingforallthemodes,NB-IoT下行帧结构,SameasLTEframestructuretype1,NB-IoT下行帧结构,NB-IoT下行物理信道汇总,NRS,三种操作模式下:Stand-alone，In-band，GuardBand都支持NRS。NRS用于物理下行信道解调，RSRP/RSRQ测量。支持1或者2天线端口，映射到Slot的最后两个OFDM符号。NRS在频域与LTECRS相同频率偏移：V-shift=PCIDmod6。,NRS,GuardBand和Stand-alone模式下：除NPSS/NSSS子帧外，所有Valid子帧都发送NRS,In-band模式下，发送NRS的时域示意图,下行功率分配,NRS天线端口数量1NRS的EPRE和普通RE（NPBCH/NPDSCH/NPDCCH）相同NRS天线端口数量2NRS的EPRE比普通RE（NPBCH/NPDSCH/NPDCCH）高3dB在In-band且相同PCI情况下，LTECRS也用于NB-IoT终端下行解调和测量默认LTECRS和NRS天线端口数量相同通过SIB消息中的nrs-CRS-PowerOffset-r13字段通知UE-6,-4.77,-3,-1.77,0,1,1.23,2,3,4,4.23,5,6,7,8,9dB.如果没有信令通知UE，默认LTE和NB-IoT功率相等。,NPSS/SSS,NPSS/SSS时频域资源映射,In-band模式下NB-IoTPSS/SSS根据LTE天线端口数来避开LTECRSStand-alone和Guardband模式下无需避开LTECRS其它信道要使用5,9子帧（偶数帧）发送的全部推迟,In-band模式，LTE4天线端口,NPSS/SSS序列,NPSS序列,NSSS序列,频率循环移位，和帧号相关，四种间隔确定80ms边界,使用4条132长的Hadamard序列作为扰码序列，PCID与ZC序列的根索引和扰码序列索引的组合对应,NB-IoTChannelRaster,在三种操作模式下，UE都要满足100kHzchannelraster要求Stand-alone模式NPSS/NSSS中心频率直接对齐100kHzchannelrasterGuardband模式下传输NPSS/SSS的NB-IoT载波的中心频率与LTE系统带宽中心的的偏移是fdkHz。每个fd对应的NB-IoT载波都在Guardband内，载波中心频率和100kHz的channeltaster的频率的频率偏移最多为7.5kHz。fd到LTE边缘频率偏移也满足15kHz的整数倍,Thechannelrasteris100kHzforallbands,whichmeansthatthecarriercentrefrequencymustbeanintegermultipleof100kHz.FDL=FDL_low+0.1(NDLNOffs-DL),ChannelRasterGuardBand,ChannelRasterGuardBand示例图,NPBCH&PBCH,NPBCH时频域映射,NPBCH内容,34bit有效载荷SFN（4bits）：用作NB-IoTSFN的4个高比特位（MSB）；H-SFN（2bits）：用作NB-IoT超帧编号的2个低比特位（LSB）；接入控制（1bits）：来自高层的接入控制；SIB1-NB调度信息（4bits）：schedulingSIB1TBSrepetition系统信息SI改变/更新的标志（5bits）：用于快速检测系统信息的改变/更新操作模式/相同PCI指示（2bits）：用于指示操作模式In-band，NB-IoT是否使用与LTE相同的PCID；InBand/相同PCI相对LTE系统带宽中心的PRB偏置（5bits）信道Raster偏置（2bits）：适用于Guardband和In-band/不同PCI模式LTECRS的端口数（1bits）：适用于In-band/不同PCI模式，“0”表示1或2天线端口并且与NRS天线端口数相同“1”表示4天线端口；保留比特（xbits）：Stand-alone，x=16=34-(6+1+4+5+2)；Guardband，x=14=34-(6+1+4+5+2+2)；In-band/相同PCI，x=11=34-(6+1+4+5+2+5)；in-band/不同PCI，x=13=34-(6+1+4+5+2+2+1),NPBCH处理流程,InBand模式下PRB偏置和ChannelRaster,InBand/相同PCI相对LTE系统带宽中心的PRB偏置（5bits）,NPDCCH&PDCCH,NPDCCHNCCE时频域资源映射,NPDCCH所使用的CCE频域上大小为6个子载波Stand-alone/Guardband模式下，使用所有OFDM符号In-Band模式下，SIB1配置的起始OFDM符号（LTEcontrolregionsize）。,Stand-alone/GuardBand模式,In-Band模式,NPDCCHFormat,NPDCCHFormat0,NPDCCHFormat1,NPDCCH最大聚合等级:2，AL=2的两个CCE位于相同子帧重复传输仅支持AL=2,NPDCCHDCI内容,所有覆盖类型，所有操作模式下，DCI大小相同；通过1bit区分ULGrant和DLGrantFormatN0（ULGrant）FormatN1（DLGrant）FormatN2（PagingDCI）,DCIFormatN0ULGrant内容,NPDCCH搜索空间,定义三种搜索空间，UE-specificsearchspace，USSType1-NPDCCHcommonsearchspace，CSSforPagingType2-NPDCCHcommonsearchspace，CSSforRAR仅在AL=2时，可以配置重复传输在未配置NPDCCH重复传输的情况下，任何子帧中，3种盲检候选集在NPDCCH重复传输的情况下，任何子帧中，4种盲检候选集盲检候选集定义AL,#repetition,#blinddecodes,NPDCCH搜索空间-USS,根据Rmax配置的不同，UE需要监控的候选集AL,#repetition,#blinddecodes如下：1,1,2,2,1,1forRmax=11,1,2,2,1,1,2,2,1forRmax=22,1,1,2,2,1,2,4,1forRmax=42,Rmax/8,1,2,Rmax/4,1,2,Rmax/2,1,2,Rmax,1forRmax=8对于重复次数为Ri的NPDCCH候选集，UE需要从搜索空间起始到结束，对每个Ri（Repetition重复次数）Valid子帧进行盲检。Rmax表示的是valid子帧。Rmax取值范围1,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1024,2048Rmax和StartofNPDCCHsearchspace通过RRC信令通知UE。,NPDCCH搜索空间-USS,NPDCCH搜索空间-USS,NPDCCH搜索空间-USS,NPDCCH公共搜索空间,2,1,1forRmax=12,1,1,2,2,1forRmax=22,1,1,2,2,1,2,4,1forRmax=42,Rmax/8,1,2,Rmax/4,1,2,Rmax/2,1,2,Rmax,1forRmax=8,Type2-NPDCCH公共搜索空间（CSSforRAR/Msg3retransmission/Msg4）,Type1-NPDCCH公共搜索空间（CSSforPaging）,2,1,1forRmax=12,1,1,2,2,1forRmax=22,1,1,2,2,1,2,4,1forRmax=42,1,1,2,2,1,2,4,1,2,8,1forRmax=82,1,1,2,2,1,2,4,1,2,8,1,2,16,1forRmax=162,1,1,2,2,1,2,4,1,2,8,1,2,16,1,2,32,1forRmax=322,1,1,2,2,1,2,4,1,2,8,1,2,16,1,2,32,1,2,64,1forRmax=642,1,1,2,2,1,2,4,1,2,8,1,2,16,1,2,32,1,2,64,1,2,128,1forRmax=1282,1,1,2,4,1,2,8,1,2,16,1,2,32,1,2,64,1,2,128,1,2,256,1forRmax=2562,1,1,2,4,1,2,16,1,2,32,1,2,64,1,2,128,1,2,256,1,2,512,1forRmax=5122,1,1,2,8,1,2,32,1,2,64,1,2,128,1,2,256,1,2,512,1,2,1024,1forRmax=10242,1,1,2,8,1,2,64,1,2,128,1,2,256,1,2,512,1,2,1024,1,2,2048,1forRmax=2048,NPDCCHCSSforPaging,对于CSSforpaging，UE只需要从搜索开始位置，盲检每个重复次数Ri对应的候选集,NPDCCH搜索空间起始位置,搜索空间（USS/CSSforRAR）的起始子帧，满足以下公式,nf帧号，ns时隙号，T=Rmax*G（StartofNPDCCHUSS）G=1.5,2,4,8,16,32,48,64,以Rmax=8，G=2，T（Period）=16配置为例,NPDCCHDLGAP配置,为防止NPDCCH/NPDSCH长时间连续传输阻塞其它用户的下行信道传输。增加一些Gap子帧作为无效子帧，以用于其它用户。当NPDCCH/NPDSCH重复传输的子帧，和GAP子帧重叠时，NPDCCH/NPDSCH推迟到下个valid子帧发送。GAP配置参数通过SIB信令下发,当NPDCCH的Rmax大于X1门限后，GAP生效；在Multi-PRB配置时，可以对于AnchorPRB和Non-AnchorPRB单独配置DLGAPDLGAP配置不影响上下行之间的时间计算关系DLGAP不用于SIB传输GAP配置对paging的NPDCCH和PDSCH都有效,NPDCCHDLGAP配置时域示例,GAP门限配置=32UE的NPDCCH重发次数Rmax=64，GAP生效；GAP周期512，GAPsize=1/8,Valid/Invalid子帧配置,在In-band模式下，UE不知道MBMS业务所使用的子帧，为避开干扰，在SIB1-NB消息中下发Valid/Invalid子帧配置位图。Guardband和Stand-alone模式下，没有此需求，为了保持前向兼容性，也保留位图配置。40msforinband，即11111。111111001111表示10msforstand-alone/Guardband，即11111111111表示在位图配置的invalid子帧上，NPSS/NSSS/NPBCH/SIB1-NB都要推迟发送,NPDSCH&PDSCH,NPDSCH时域,Stand-alone/GuardBand,In-Band模式下SIB1-NB使用的NPDSCH子帧从l=3symbol开始,In-Band模式下非SIB1-NB使用的NPDSCH子帧起始位置由lteControlRegionSize决定,NPDSCHdelay,NPDCCH和NPDSCH之间的调度时延由DCI指示，使用3bits指。n表示NPDCCH空间所有重复的最后一个子帧，n+k0表示对应的第一个NPDSCH子帧号；DCI中的调度延时字段，决定了k0。,DLTBSize&MCS,In-band模式下支持ITBS0-9Stand-alone和Guardband模式下支持0-12,DLTBSize,SIB1-NB消息发送,In-Band模式下，SIB1-NB从#3Symbol开始Stand-alone和GuardBand模式下，SIB1-NB从#0Symbol开始SIB1-NBTB块映射到8个子帧上发送，为连续16个无线帧中每隔一个无线帧的子帧上发送。8个子帧是连续的16个物理无线帧中过的8个奇数无线帧或8个偶数无线帧中的子帧#4。SIB1-NB的周期是256个无线帧（16*16），支持的重复次数RSIB1-NB4,8,16MIB-NB中指示SIB1-NB的TBS和重复次数，不同TBS的数目是4个。在一个SIB1-NB周期内，SIB1-NB的重复在时间上是等间隔出现。重复的起始帧号依赖于PCID。对于SIB1-NB以外的SIB消息，调度信息在SIB1-NB中指示。一个SIB消息的传输块在连续的8个有效下行子帧发送，支持重复发送，重复次数和重复间隔配置。NB-IoT中不使用SI-RNTI加扰的PDCCH调度SI消息的发送,NB-SIB消息,PCID确定SIB1-NB重复开始的无线帧,NB-SIB消息,RSIB1-NB=4,RSIB1-NB=16,第一部分NB-IoT操作模式第二部分下行物理层下行物理层总体NRSNPSS/NSSS/ChannelRasterNPBCHNPDCCHNPDSCH第三部分上行物理层上行物理层总体NPUSCHNPRACH,NB-IoT上行物理层总体,NB-IoT上行物理信道,NB-IoT不支持CSI上报，也不支持SRNPUSCHformat1,usedtocarrytheUL-SCHNPUSCHformat2,usedtocarryuplinkcontrolinformation,NPUSCHResourceGrid,NPUSCH时隙结构,NPUSCH-ResourceUnit,对于NPUSCHFormat23.75kHzRU长度8ms15kHzRU长度2ms,NPUSCH-ResourceUnit,3.75ksingletone，32ms15ksingletone，8ms15kmultitone12tones1ms6tones2ms3tones4ms,对于NPUSCHFormat1RU,ULTBSize&MCS,Singletone,Multitone,ULTBSize,NPUSCH,NPUSCH，支持两个RV版本0和RV2对于Multitone和singletone，RV0和RV2分别由1bitDCI来指示。RV2支持所有ITBSDCI用4bits表示ITBS对于multitone，支持ITBS范围0-12对于singletone，支持ITBS范围0-10PI/BPSK用于ITBS0和2PI/4QPSK，用于其它的ITBS,NPUSCH时延相关,NPDCCH和NPUSCH之间的调度时延，由DCI指示。Delay时延取值集合为9,17,33,65ms，间隔为8,16,32,64ms。NPDSCH与传输ULA/N的NPUSCH之间的定时间隔最小值为12ms。NPUSCH与传输DLA/N的NPDCCH之间的定时间隔最小值为3ms上行是否GAP配置还未确定,NPUSCH&PUSCH,NB-DMRS,NPUSCHformat1，每个NB-Slot有1个符号用于DMRSNPUSCHformat2，每个NB-Slot有3个符号用于DMRS,NPRACH时域,NPRACH采用singletone方式发送，子载波间隔3.75kHzNPRACH支持时频域划分复用，不支持Preamble码分复用。针对不同小区大小，支持2种CP长度，66.7us和266.7usSymbolGroup定义如下：,4个SymbolGroup组成一个NPRACH信道,NPRACHSymbolGroup时域,CP+5个Symbols构成SymbolGroupCP长度：66.7和266.7usSequence长度：266.7us,4个SymbolGroup一个PRA