NB_IOT

NB_IOT是LTE下的协议,专用于窄带通信。把200KHz的信号作为通信带宽,一个RB,实际可使用的时180KHz。基本还是维持了LTE的帧参数,1msTTI,10ms帧长等


可以使用多种频谱资源分布方式来规划NB_IOT,如下三种


Inband Mode:LTE的信号带宽内放置NB_IOT信号,保留一个RB给NB_IOT使用。 

Guardband Mode:LTE的带宽使用,是保留了100KHz的保护带,两个保护带就可以给NB_IOT使用。Standalone Mod:可以将NB_IOT使用在诸如GSM的系统中。


下行帧结构

NB_IOT还是保留了基本的LTE信号特征,1ms子帧长度,10ms无线帧长,一个RB包含12个子载波;但是NB_IOT主要与LTE的区别在于:

系统带宽总是180 Khz

RB数目只有1

NPSS and NSSS在不同子帧

NPSS每个无线帧都有,但是NSSS之传输在偶数帧


并且不同的频谱分配方案,对应着不同的帧格式

在Inband Mode中,因为要与LTE共存,所以有些配置需要与LTE对其;

LTE的参考信号依然存在,不可被NB_IOT使用

每个子帧的前三个符号预留给LTE,不可被NB_IOT使用

NPBCH占用subframe 0,NPSS占用子帧5,NSSS占用偶数帧的子帧9,LTE-NB参考信号占用除NPSS, NSSS 子帧的5,6 and 12,13号符号。

< LTE-NB Frame Structure for In-Band Deployment (Even Radio Frame) >


< LTE-NB Frame Structure for In-Band Deployment (Odd Radio Frame)  >


对于Guarband和StandAlone模式,因为不需要受到LTE的限制,所以LTE的参考信号则不必考虑,其他的保持与上面的一致

< LTE-NB Frame Structure for Guardband/Standalone Deployment (Even Radio Frame) >


< LTE-NB Frame Structure for Guardband/Standalone Deployment (Odd Radio Frame) >


[if !supportLists]1.1 [endif]行帧结构

上行帧结构可以由下面的图表示:




上行由两种子载波间隔,3.75KHz和15KHz,对于15KHz的子载波间隔,也就是与LTE保持一致,12个子载波,20个slot



对于3.75Khz的子载波间隔,也就是180KHz/3.75=48个子载波;并且只有5个Slot


从上面可以看出,对于一个无线帧,RE数目是一定的,48*7*5 = 12*7*20

上行引入了一个新概念,叫做资源单元,RU,为上行的基本分配单元;可以分配的格式如:


比如最上面的一种,已经跨越了一个无线帧

NPSS与NSSS

NPSS依旧是ZC序列,但是产生有点差异


可以看到NPSS只占用11个子载波,以达到更好的正交的效果。 


NSSS相对于SSS不一样,SSS是m序列,NSSS是ZC序列



[if !supportLists]1.1 [endif]广播信号

MIB/SIB操作如下:

MIB-NB and SystemInformationBlockType1-NB 使用固定调度

MIB-NB周期是640 ms (LTE是40 ms)

SIB1-NB周期是2560 ms (LTE是80 ms)

MIB-NB包含了解析SIB1-NB的信息 (LTE中SIB1的解调信息在DCI 1A中)

SIB1-NB包含了其他SIB消息的解调信息

BCCH单独传输在某个子帧上

UE不必要接收SIB消息变更在RRC_CONNECTED态,如果需要变更,则会触发RRC Release,UE进入Idle后再次检测SIB消息


MIB-NB携带的信息包括

System Timing : SFN(Partial data), HyperSFN(Partial data)

Scheduling Information for SIB1-NB

Access Barring

Operation Mode Information for LTE-NB


IE如下:

MasterInformationBlock-NB ::=   SEQUENCE {

    systemFrameNumber-MSB-r13       BIT STRING (SIZE (4)),

    hyperSFN-LSB-r13                BIT STRING (SIZE (2)),

    schedulingInfoSIB1-r13          INTEGER (0..15),

    systemInfoValueTag-r13          INTEGER (0..31),

    ab-Enabled-r13                  BOOLEAN,

    operationModeInfo-r13           CHOICE {

        inband-SamePCI-r13              Inband-SamePCI-NB-r13,

        inband-DifferentPCI-r13         Inband-DifferentPCI-NB-r13,

        guardband-r13                   Guardband-NB-r13,

        standalone-r13                  Standalone-NB-r13

    },

    spare                           BIT STRING (SIZE (11))

}




ab-Enabled : access barring Enabled,如果enable了,终端需要等待SystemInformationBlockType14-NB来发起initiating RRC connection establishment

operationModeInfo : 操作模式,带内,保护间隔内,standalone。

schedulingInfoSIB1 : SIB1的调度信息,如下描述

< Number of repetitions for NPDSCH carrying SystemInformationBlockType1-NB >


< Transport block size (TBS) table for NPDSCH carrying SystemInformationBlockType1-NB >


systemFrameNumber-MSB : SFN(0~1023)需要10个bit来表示,这个IE只表示4 MSB of SFN ,另外6 remaining bits are derived implicitely from PBCH decoding process.

SIB1的周期是预设一样的,但是起始子帧是不一样的


RACH

NB_IOT的RACH 流程大致与LTE类似


在LTE NB中,只有两种PRACH格式,格式0和格式1,由CP和序列组成。子载波间隔是3.75KHz,序列分为5个符号,如下图:


NPRACH引入了新的参数, Parameters


NPRACH preamble是180KHz,子载波间隔是3.75KHz,由48个子载波组成。一般是按照前面介绍的参数调频的分布在资源块上。 


发送时刻点上,按照nprach-StartTime, nprach-Periodicity配置


HARQ/MCS/TBS

下行HARQ操作

i) UE <-- NW : MPDCCH 下发

ii) UE <-- NW : PDSCH 下发

iii) UE --> NW : HARQ ACK/NACK

Note : Step i) and ii) 在不同子帧下发

上行的HARQ中没有ACK/NACK答复,只有DCI,相当于没有PHICH,而是自适应重传

The rough HARQ sequence would be as follows.

i) UE <-- NW : NPDCCH携带UL Grant

ii) UE --> NW : NPUSCH接收

iii) 基站正确接收,则上行MPUSCH结束;基站失败接收PUSCH,则下发新的MPDCCH做NPUSCH重传。


对于NB_IOT来说,MCS和TBS的映射关系与LTE不同,主要分为SIB1,上行,下行等

TBS for SIB1-NB


TBS for NPDSCH (Signaling Message / User Data)


TBS for NPUSCH (Signaling Message / User Data)


上下行的MCS限制,下行受限于I_SF,InBand下的MCS最高是10,其他情况是12;上行的受约束于I_RU。

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