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NB-IoT物理信道是比較復(fù)雜的一塊內(nèi)容，這一講帶大家了解下協(xié)議棧和物理層。

一、無(wú)線幀結(jié)構(gòu)

1）時(shí)域

上 行

15KHz

1RU（Resource Unit） =8ms

1無(wú)線幀 = 10ms = 10子幀

1子幀 = 1ms = 2 時(shí)隙

1時(shí)隙 = 7符號(hào)

3.75KHz

1RU（Resource Unit） =32ms

1無(wú)線幀 = 40ms = 10子幀

1子幀 = 4ms= 2 時(shí)隙

1時(shí)隙 = 7符號(hào)

注：上面紅色標(biāo)粗的部分，就是和LTE不同的地方。

下 行

與LTE相同

1超幀 = 1024無(wú)線幀

1無(wú)線幀 = 10ms = 10子幀

1子幀 = 1ms = 2 時(shí)隙

1時(shí)隙 = 7符號(hào)

0/7符號(hào)的CP： 5.2us

1~6/ 8 ~ 13 CP： 4.7us

2）頻域

上行

SCFDMA，2種帶寬

3.75KHz （功率譜更大，覆蓋更好， NPRACH）

15KHz（速率高，時(shí)延小，NPUSCH）

2種模式

Single Tone

（1個(gè)用戶使用1個(gè)載波，低速應(yīng)用）

Multi-Tone

（1個(gè)用戶使用多個(gè)載波，高速應(yīng)用,只支持15KHz）

下行

OFDMA

占用200KHz帶寬（兩邊各留 10KHz 保護(hù)帶，實(shí)際占用180KHz，在 LTE Inband 部署時(shí)占用 180KHz，即一個(gè) RB）

子載波帶寬：15KHz

子載波數(shù)量：12

二、信道映射

邏輯信道:（邏輯信道是 MAC 子層向上層提供的服務(wù)，表示承載的內(nèi)容是什么 (what)，，按信息內(nèi)容劃分，分為兩大類：控制信道和業(yè)務(wù)信道）

    CCCH：Common ControlChannel 公共控制信道

    DCCH: Dedicated Control Channel 專用控制信道

    DTCH: Dedicated Traffic Channel 專有業(yè)務(wù)信道

    BCCH：BroadcastControl Channel 廣播控制信道

PCCH: Paging Control Channel 尋呼控制信道

傳輸信道（輸信道表示承載的內(nèi)容怎么傳, 以什么格式傳, 分為兩大類: 專用傳輸信道和公用傳輸信道）

上行信道:

     UL-SCH:    Uplink Shared Channel(s) 上行共享信道

     RACH:   Random Access Channel 隨機(jī)接入信道

下行信道:

    BCH:     Broadcast Channel 廣播信道

    DL-SCH： DownlinkShared Channel(s)

    PCH:     Paging Channel 尋呼信道

物理信道：（物理信道則是將屬于不同用戶、不同功用的傳輸信道數(shù)據(jù)流分別按照相應(yīng)的規(guī)則確定其載頻、擾碼、擴(kuò)頻碼、開始結(jié)束時(shí)間等進(jìn)行相關(guān)的操作，并在最終調(diào)制為模擬射頻信號(hào)發(fā)射出去；不同物理信道上的數(shù)據(jù)流分別屬于不同的用戶或者是不同的功用）

上行信道:

 NPUSCH: Narrowband PhysicalUplink Shared Channel 窄帶物理上行共享信道

 NPRACH: Narrowband PhysicalRandom Access Channel 窄帶物理隨機(jī)接入信道

   DMRS： Demodulation Reference Signa 解調(diào)參考信號(hào)

下行信道:

 NPBCH:  Narrowband Physical Broadcast Channel 窄帶物理廣播信道

 NP DSC H: Narrowband PhysicalDownlink Shared Channel 窄帶物理下行共享信道

 NPDCCH: Narrowband PhysicalDownlink Control Channel 窄帶物理下行控制信道

 NRS: Narrowband reference signal 窄帶參考信號(hào)

 NSS: Narrowband synchronization signal 窄帶同步信號(hào)

 NPRS：Narrowband positioning reference signal 窄帶定位參考信號(hào)

與 LTE 相比，NB-IoT：

上行取消了 PUCCH，

下行取消了 PCFICH，PHICH。

本篇文章先介紹下上行信道。

三、上行物理信道介紹： NPRACH和NPUSCH

NPRACH固定使用3.75KHz載波，NPUSCH在不同的覆蓋等級(jí)下，使用不同的MCS(速率不同，重復(fù)次數(shù)）

NPUSCH使用15KHz、3.75KHz或者15KHz與3.75KHz共存方式

NPUSCH Format1 承載上行業(yè)務(wù)傳輸，F(xiàn)ormat2承載下行NPDSCH傳輸?shù)腁CK/NACK反饋消息。

從上圖可以看出 PRACH 是有不同的區(qū)塊，所以這里的 NPRACH 的會(huì)有個(gè)覆蓋等級(jí)的概念，為了兼顧覆蓋深度和容量性能，將 NB-IoT 小區(qū)劃分為不同覆蓋等級(jí)， NB-IoT 支持最大 3 個(gè)覆蓋等級(jí)，相比原制式分別對(duì)應(yīng) 0dB/10dB/20dB 覆蓋增強(qiáng)。

問(wèn)題1,UE如何判斷?

1. SIB2 發(fā)送覆蓋等級(jí)與 RSRP 映射關(guān)系

RSRP-ThresholdsNPRACH-InfoList-NB-r13:=SEQUENCE (SIZE(1..2)) OF RSRP-Range

2. UE 根據(jù) RSRP 測(cè)量結(jié)果選擇合適的覆蓋等級(jí)

3. 根據(jù)覆蓋等級(jí)選擇合適的 NPRACH 資源

問(wèn)題2，基站如何判斷？

RSRP 與覆蓋等級(jí)的映射關(guān)系通過(guò)：MOD RACHCFG 配置。

基站側(cè)通過(guò)獲取到 preamble 所在的覆蓋等級(jí)資源位置，從而得知終端所在的覆蓋等級(jí)，后續(xù)在數(shù)傳過(guò)程中，不會(huì)再修改覆蓋等級(jí)，即便終端 RSRP 發(fā)生變化。

四、NPRACH信道：

NPRACH 是基于跳頻以 Single-Tone 的方式傳輸?shù)?/p>

3.75kHz 子載波帶寬，2 種 CP 長(zhǎng)度（66.7us and 266.7us）

Preamble 由 4 個(gè)符號(hào)組組成，每個(gè)符號(hào)組種包含 1 個(gè) CP 和 5 個(gè)符號(hào)

Preamble 重復(fù)用好增強(qiáng)覆蓋，可配置的重復(fù)次數(shù)集合 {1,2,4,8,16,32,64,128}

跳頻圖案

第一級(jí)跳頻的跳頻間隔是單個(gè)子載波，由此種跳頻間隔應(yīng)用月第 1/2 符號(hào)組和 3/4 符號(hào)組之間

第二級(jí)跳頻的跳頻間隔是 6 個(gè)子載波，此種跳頻間隔應(yīng)用于第 2/3 符號(hào)組之間

Preamble 的不同重復(fù)之間采用偽隨機(jī)跳頻，跳頻范圍限制在 12 個(gè)子載波之間

不同的覆蓋等級(jí)的 NPRACH 資源通過(guò)系統(tǒng)消息 SIB2 通知 UE

我們可以看下基站的信令：注意紅字的部分的詳細(xì)說(shuō)明

NPRACH信道資源舉例

當(dāng)覆蓋等級(jí)0，NPRACH重復(fù)次數(shù)為2的時(shí)域資源

NB-IoT NPRACH 周期/時(shí)長(zhǎng)和偏置關(guān)系圖，如下圖，

?當(dāng) CP 長(zhǎng)度為 66.7us 時(shí)，NPRACH 時(shí)長(zhǎng)=5.6ms * CellRachCECfg.NPRACHRepetitionCount

?  后一級(jí)覆蓋等級(jí)的偏置和前一級(jí)覆蓋等級(jí)的偏置的差不低于 40ms

偏置在取值范圍 {8ms，16ms，32ms，64ms，128ms，256ms，512ms，1024ms} 中選取滿足條件的最小值

如下圖的例子：假設(shè)配置三個(gè)覆蓋等級(jí)為 CL0、CL1 和 CL2，對(duì)應(yīng)參數(shù) CellRachCECfg.NPRACHRepetitionCount 分別配置為 2 次、4 次和 32 次，參數(shù)RACHCfg.NbCyclicPrefixLength 取值為「66DOT7(66.7us)」，則覆蓋等級(jí) CL0、CL1 和 CL2 對(duì)應(yīng)的 NPRACH 時(shí)長(zhǎng)分別為：5.6 * 2ms、5.6 * 4ms 和 5.6 * 32ms。根據(jù)上述約束條件可知 CL0 的偏置為 8ms，因此：CL1 的偏置要求不低于 CL0 的偏置（8ms）+ MAX{40ms，5.6 * 2ms}，即不低于 48ms，從取值范圍中選取滿足條件的最小值，因此 CL1 的偏置為 64ms。

CL2 的偏置要求不小于 CL1 的偏置（64ms）+MAX{40ms，5.6 * 4ms}，即不低于 104ms，從取值范圍中選取滿足條件的最小值，因此 CL2 的偏置為 128ms。

NPRACH信道資源：

不同覆蓋等級(jí)的NPRACH資源之間可以采用TDM、FDM或者FDM+TDM的方式復(fù)用，現(xiàn)網(wǎng)現(xiàn)在主要采用TDM；

注意：NPRACH每傳輸重復(fù)次數(shù)超過(guò)64時(shí)，加入40ms的UL gap。

五、NPUSCH信道

NPUSCH Format 有兩種格式：Format 1 和 Format 2.

其中 Format 1 承載上行業(yè)務(wù)，F(xiàn)ormat 2 承載 ACK/NACK 消息。

Format 1 描述如下：

子載波帶寬和調(diào)制方式

重復(fù)次數(shù)，可配置的的重復(fù)次數(shù)集合 {1,2,4,8,16,32,64,128}

冗余版本，支持 LTE RV0 和 RV1

默認(rèn)的 NPUSCH 初始重復(fù)次數(shù)：

CoverageLevel 覆蓋等級(jí)配置為 0 時(shí)：REP_1(重復(fù)次數(shù) 1)；

CoverageLevel 覆蓋等級(jí)配置為 1 時(shí)：REP_2(重復(fù)次數(shù) 2)；

CoverageLevel 覆蓋等級(jí)配置為 2 時(shí)：REP_32(重復(fù)次數(shù) 32)。

NPUSCH Format—Format 2

子載波帶寬和調(diào)制方式

重復(fù)次數(shù)，可配置的的重復(fù)次數(shù)集合 {1,2,4,8,16,32,64,128}

不支持 Format 1 捎帶 ACK/NACK 消息

六、DMRS 信號(hào)

NB 上行除了 NPRACH 和 NPUSCH 還有一個(gè)DMRS 信號(hào)，DemodulationReference Signal，解調(diào)參考信號(hào)用于 NPUSCH 信道的相關(guān)解調(diào)