NB-IoT物理信道是比较复杂的一部分内容,本文主要了解下协议栈和物理层。
一、无线帧结构
1)时域
上行:
15kHz,1 RU(Resource Unit) = 8ms;
1 无线帧 = 10ms = 10子帧;1 子帧 = 1ms = 2 时隙;1 时隙 = 7 符号。
3.75kHz,1 RU(Resource Unit) = 32ms;
1 无线帧 = 40ms = 10子帧;1子帧 = 4ms = 2时隙;1时隙 = 7 符号。
下行:与 LTE 相同
1 超帧 = 1024无线帧;1 无线帧 = 10ms = 10 子帧;1 子帧 = 1ms = 2 时隙;1 时隙 = 7 符号;其中0/7符号的CP为5.2μs,1~6/8~13符号的CP为4.7μs。
2)频域
上行:
采用SCFDMA调制方式;2种带宽:3.75kHz(功率谱更大,覆盖更好,NPRACH),15kHz(速度高,时延小,NPUSCH);2种模式:Single Tone(1个用户使用一个载波,低速应用),Multi-Tone(一个用户使用多个载波,高速应用,只支持15kHz)。
下行:
采用OFMA调制方式;占用200kHz带宽(两边各留10kHz保护带,实际占用180kHz,在LTE Inband 部署时占用180kHz,即一个RB),子载波带宽:15kHz,子载波数量:12。
二、信道映射
逻辑信道:(逻辑信道是MAC子层向上层提供的服务,表示承载的内容是什么(What),按信息内容划分,分为两大类:控制信道和业务信道)
CCCH:Common Control Channel 公共控制信道
DCCH:Dedicated Control Channel 专用控制信道
DTCH:Dedicated Traffic Channel 专有业务信道
BCCH:Broadcast Control Channel 广播控制信道
PCCH:Paging Control Channel 寻呼控制信道
传输信道:(传输信道表示承载的内容怎么传,以什么格式传,分为两大类:专用传输信道和公用传输信道)
上行信道:
UL-SCH:Uplink Shared Channel(s) 上行共享信道
RACH: Random Access Channel 随机接入信道
下行信道:
BCH:Broadcast Channel 广播信道
DL-SCH: Downlink Shared Channel(s) 下行共享信道
PCH:Paging Channel 寻呼信道
物理信道:(物理信道则是将属于不同用户、不同功用的传输信道数据流分别按照相应的规则确定其载频、扰码、扩频码、开始结束时间等进行相关的操作,并在最终调制为模拟射频信号发射出去;不同物理信道上的数据流分别属于不同的用户或者是不同的功用)
上行信道:
NPUSCH:Narrowband Physical Uplink Shared Channel 窄带物理上行共享信道
NPRACH:Narrowband Physical Random Access Channel 窄带物理随机接入信道
DMRS:Demodulation Reference Signal 解调参考信号
下行信道:
NPBCH:Narrowband Physical Broadcast Channel 窄带物理广播信道
NPDSCH:Narrowband Physical Downlink Shared Channel 窄带物理下行共享信道
NPDCCH:Narrowband Physical Downlink Control Channel 窄带物理下行控制信道
NRS:Narrowband Reference Signal 窄带参考信号
NSS:Narrowband Synchronization Sinal 窄带同步信号
NPRS:Narrowband Positioning Reference Signal 窄带定位参考信号
与LTE相比,NB-IoT上行取消了PUCCH,下行取消了PCFICH,PHICH。本文先介绍下上行信道。
三、上行物理信道介绍:NPRACH和NPUSCH
NPRACH固定使用3.75kHz载波,NPUSCH在不同的覆盖等级下,使用不同的MCS(速率不同,重复次数不同)。
NPUSCH使用15kHz、3.75kHz或者15kHz与3.75kHz共存方式,NPUSCH Format1 承载上行业务传输,Format2承载下行NPDSCH传输的ACK/NACK反馈消息。PRACH是有不同的区块,故NPRACH会有覆盖等级的概念,为了兼顾覆盖深度和容量性能,将NB-IoT小区划分为不同覆盖等级,NB-IoT支持最大3个覆盖等级,相比原制式分别对应0dB/10dB/20dB覆盖增强。
问题1:UE如何判断?
1、SIB2发送覆盖等级与RSRP映射关系;
2、UE根据RSRP测量结果选择合适的覆盖等级;
3、根据覆盖等级选择合适的NPRACH资源;
问题2:基站如何判断?
RSRP与覆盖等级的映射关系通过:MOD RACHCFG配置。
基站侧通过获取到preamble所在的覆盖等级资源位置,从而得知终端所在的覆盖等级,后续在数传过程中,不会再修改覆盖等级,即便终端RSRP发生变化。
四、NPRACH信道
NPRACH是基于跳频以Single-Tone的方式传输的,3.75kHz子载波带宽,2种CP长度(66.7μs和266.7μs),Preamble由4个符号组组成,每个符号组包含1个CP和5个符号,Preamble重复用好增强覆盖,可配置的重复次数集合{1,2,4,8,16,32,64,128}。
跳频图案:第一级跳频的跳频间隔是单个子载波,此种跳频间隔应用于第1/2符号组和3/4符号组之间,第二级跳频的跳频间隔是6个子载波,此种跳频间隔应用于第2/3符号组之间;Preamble的不同重复之间采用伪随机跳频,跳频范围限制在12个子载波之间,不同覆盖等级的NPRACH资源通过系统消息SIB2通知UE。
五、NPUSCH信道
NPUSCH Format有两种格式:Format 1和Format 2。其中Format 1承载上行业务,Format 2承载ACK/NACK消息。
Format 1描述如下:
Single-Tone:3.75kHz/15kHz;pi/2-BPSK / pi/4-BPSK
Multi-Tone:15kHz;QPSK
Format 2描述如下:
SIngle-Tone/3.75kHz:8ms(RU);pi/2-BPSK(调制方式);38~45(调度子载波位置)
Single-Tone/15kHz:2ms(RU);pi/2-BPSK(调制方式);0~3(调度子载波位置)
六、DMRS信号
NB上行除了NPRACH和NPUSCH还有一个DMRS信号,Demodulation Reference Signal,解调参考信号用于NPUSCH信道的相关解调。