咱们继续聊NB-IoT主要特性,本文将讲述NB-IoT容量增强&低成本特性。一、容量增强特性
容量增强关键特性 1:Multi-tone
3GPP R13协议定义了NB-IoT上行支持Single-tone和Multi-tone传输,Single-tone作为UE的必备功能,Multi-tone为可选功能。Multi-tone包括3 tone、6 tone和12 tone这3种场景,分别代表eNode B可一次分配3、6和12个15kHz子载波用于UE上行数据传输。
对于覆盖较好场景下的UE上行数传采用Multi-tone传输能获得更高的吞吐率,有助于降低UE上行数据传输时延和功耗。根据不同的UE信号测量情况,PHR上报等,确定适合该UE调度的最大子载波个数。
- 根据MSG3中的PHR确定初始最大可支持的子载波数;
- 根据SINR测量结果调整最大可允许调度的子载波数;
根据SINR测量结果,通过查各子载波下SINR和MCS的对应表获取当前子载波对应的MCS值和重复次数,并根据当前BSR值,确定的调度资源的RU个数,并计算相应的传输总时长TB_duration(TB_duration=RU个数*单个RU的时长)。根据TB_duration和最大可允许调度的子载波数计算资源块面积剩余可用资源中查找,按照子载波由大到小开始遍历。找不到满足条件的资源块时按照Single-tone来调度。
容量增强关键特性 2:多载波
3GPP R13定义了多载波技术。通过增加单小区下的载波数目,将用户分配到其他载波上传输数据,以提升小区容量。多载波小区包含anchor载波和non-anchor载波。
anchor载波负责接入和业务传输,支持传输NPSS/NSSS/NPBCH、SIB、Paging和RACH信息。
non-anchor载波负责业务传输,不支持上述信息的传输。
二、低成本特性
低成本关键特性 1:半双工
在蜂窝通信系统中,根据发送信号双工方式不同,可以分为TDD和FDD两种双工方式。实际上,其中FDD双工方式可进一步分为全双工FDD(Full-Duplex FDD)和半双工FDD(Half-Duplex FDD, HD-FDD)。对全双工和半双工方式做进一步说明:
全双工(Full Duplex)是指在发送数据的同时也能够接收数据,两者同步进行,这好像我们平时打电话一样,说话的同时也能够听到对方的声音。目前的网卡一般都支持全双工。
半双工(Half Duplex)所谓半双工就是指一个时间段内只有一个动作发生,举例如下:一条窄窄的马路,同时只能有一辆车通过,当目前有两辆车对开,这种情况下就只能一辆先过,等到头后另一辆再开,这个例子就形象的说明了半双工的原理图。早期的对讲机、以及早期集线器等设备都是基于半双工的产品。全双工可以得到更高的数据传输速度。
问题:半双工怎么节约成本?
NB-IoT基于成本考虑,对FDD-LTE的全双工方式进行阉割,仅支持半双工。带来的好处当然是终端实现简单,影响是终端无法同时收发上下行,无法同时接收公共信息与用户信息
- 上行传输和下行传输在不同的载波频段上进行;
- 基站/终端在不同的时间进行信道的发送/接收或者接收/发送;
- H-FDD与F-FDD的差别在于终端不允许同时进行信号的发送和接收,终端相对全双工FDD终端可以简化,只保留一套收发信机即可,从而节省双工器的成本。
低成本关键特性 2:简化信道及物理层
NB-IoT终端工作带宽仅为传统LTE的1个PRB带宽(180K),带宽小使得NB不需要复杂的均衡算法。带宽变小后,也间接导致原有宽带信道、物理层流程简化。
- 简化信道:去除了PHICH、PCFICH、PUCCH等信道。下行取消了PCFICH、PHICH后使得下行数据传输的流程与原LTE形成很大的区别,同样一旦上行取消了PUCCH,那么必然要解决上行控制消息如何反馈的问题,这也将与现网LTE有很大的不同!
- 简化盲检次数(依稀记得LTE中常说到的PDCCH盲检44次,复杂到不要不要的了,并且终端还得每1ms就做这样的盲检,这都将是复杂的运算量)
- 减小最大 TBS(Transport Block)传输块,从而必然降低了峰值速率:下行最大680 bits,上行最大1000 bits。
- 简化调制编码:仅支持QPSK、BPSK;下行仅支持TBCC码。这里意味着可靠性得到了保证,但速率会下降(谁在乎呀,呵呵)。另外,这里也肯定告诉你AMC算法也将取消或者简化问题。总之,需要思考的问题很多。
低成本关键特性 3:新硬件结构,裁剪不必要的硬件
- 终端侧RF进行了阉割,据当前了解到的情况,主流NB终端支持 1 根天线(当然,协议规定NRS支持 1 或者 2 天线端口)
- 天线模式也就从原来的1T / 2R变成了现在的1T / 1R,天线本身复杂度,当然也包括天线算法都将有效降低
- FD全双工阉割为HD半双工,收发器从FDD-LTE的两套减少到只需要一套
- 低采样率,低速率,可以使得缓存Flash/RAM要求小(28 kByte)
- 低功耗,意味着RF设计要求低,小PA就能实现(高质量的功放可不便宜)
- 直接砍掉IMS协议栈,这也意味着NB将不支持语音(注意实际上eMTC是可以支持的)