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系列篇2-NB-IoT 协议栈和物理层(一)

助工
2019-04-15 20:28:22    评分

NB-IoT物理信道是比较复杂的一块内容,这一讲带大家了解下协议栈和物理层。

一、无线帧结构

1)时域

上 行

15KHz

1RU(Resource Unit) =8ms

1无线帧 = 10ms = 10子帧

1子帧 = 1ms = 2 时隙

1时隙 = 7符号

image.png

3.75KHz

1RU(Resource Unit) =32ms

1无线帧 = 40ms = 10子帧

1子帧 = 4ms= 2 时隙

1时隙 = 7符号

image.png

注:上面红色标粗的部分,就是和LTE不同的地方。

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

0/7符号的CP: 5.2us

1~6/ 8 ~ 13 CP: 4.7us

image.png

2)频域

上行

SCFDMA,2种带宽

3.75KHz (功率谱更大,覆盖更好, NPRACH)

15KHz(速率高,时延小,NPUSCH)

2种模式

Single Tone

(1个用户使用1个载波,低速应用)

Multi-Tone

(1个用户使用多个载波,高速应用,只支持15KHz)

image.png

下行

OFDMA

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

image.png

二、信道映射

image.png

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 ControlChannel 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:BroadcastControl Channel 广播控制信道

    PCCH: Paging Control Channel 寻呼控制信道

传输信道(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: DownlinkShared Channel(s)

    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 PhysicalUplink Shared Channel 窄带物理上行共享信道

 NPRACH: Narrowband PhysicalRandom Access Channel 窄带物理随机接入信道

 DMRS: Demodulation Reference Signa 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 PhysicalDownlink Shared Channel 窄带物理下行共享信道

 NPDCCH: Narrowband PhysicalDownlink 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 signal 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。

本篇文章先介绍下上行信道。

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)

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

image.png

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。

从上图可以看出 PRACH 是有不同的区块,所以这里的 NPRACH 的会有个覆盖等级的概念,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?

image.png

1. SIB2 发送覆盖等级与 RSRP 映射关系

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

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(66.7us and 266.7us)

Preamble 由 4 个符号组组成,每个符号组种包含 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,由此种跳频间隔应用月第 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

image.png

不同的覆盖等级的 NPRACH 资源通过系统消息 SIB2 通知 UE

我们可以看下基站的信令:注意红字的部分的详细说明

image.png

NPRACH信道资源举例

当覆盖等级0,NPRACH重复次数为2的时域资源

image.png

NB-IoT NPRACH 周期/时长和偏置关系图,如下图,

当 CP 长度为 66.7us 时,NPRACH 时长=5.6ms * CellRachCECfg.NPRACHRepetitionCount

  后一级覆盖等级的偏置和前一级覆盖等级的偏置的差不低于 40ms

偏置在取值范围 {8ms,16ms,32ms,64ms,128ms,256ms,512ms,1024ms} 中选取满足条件的最小值

如下图的例子:假设配置三个覆盖等级为 CL0、CL1 和 CL2,对应参数 CellRachCECfg.NPRACHRepetitionCount 分别配置为 2 次、4 次和 32 次,参数RACHCfg.NbCyclicPrefixLength 取值为「66DOT7(66.7us)」,则覆盖等级 CL0、CL1 和 CL2 对应的 NPRACH 时长分别为:5.6 * 2ms、5.6 * 4ms 和 5.6 * 32ms。根据上述约束条件可知 CL0 的偏置为 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,从取值范围中选取满足条件的最小值,因此 CL1 的偏置为 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,从取值范围中选取满足条件的最小值,因此 CL2 的偏置为 128ms。

image.png

NPRACH信道资源:

不同覆盖等级的NPRACH资源之间可以采用TDM、FDM或者FDM+TDM的方式复用,现网现在主要采用TDM;

注意:NPRACH每传输重复次数超过64时,加入40ms的UL gap。

image.png

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:

子载波带宽和调制方式

image.png

重复次数,可配置的的重复次数集合 {1,2,4,8,16,32,64,128}

冗余版本,支持 LTE RV0 和 RV1

默认的 NPUSCH 初始重复次数:

CoverageLevel 覆盖等级配置为 0 时:REP_1(重复次数 1);

CoverageLevel 覆盖等级配置为 1 时:REP_2(重复次数 2);

CoverageLevel 覆盖等级配置为 2 时:REP_32(重复次数 32)。

NPUSCH Format—Format 2

子载波带宽和调制方式

image.png

重复次数,可配置的的重复次数集合 {1,2,4,8,16,32,64,128}

不支持 Format 1 捎带 ACK/NACK 消息

六、DMRS 信号

NB 上行除了 NPRACH 和 NPUSCH 还有一个DMRS 信号,DemodulationReference Signal,解调参考信号用于 NPUSCH 信道的相关解调

image.png本次物理信道的上行部分就介绍到这里。

转帖自网络



菜鸟
2019-04-16 09:43:24    评分
2楼

好东西

菜鸟
2019-04-16 11:10:13    评分
3楼

学习一下


高工
2019-04-16 17:55:43    评分
4楼

好帖啊~建议管理员加精


菜鸟
2019-04-19 10:54:57    评分
5楼

学习了

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