5G LTE窄带物联网(NB-IoT) 10
第7章 物理子層
物理子層是底層子層，負責MAC PDU的物理信道，傳輸和接收;如圖7.1所示。 RRC提供PHY子層的配置參數。在MAC / PHY接口，傳輸信道
在發送和接收時分別映射到物理信道，反之亦然[28]。
?RRC將其配置參數發送到每個子層，包括PHY子層，如第4.2,5.2,6.2和7.1節所示。
7.1 RRC配置參數
RRC將專用或默認無線電配置參數發送到PHY子層，以便能夠處理針對錨載波或非錨定載波的DL和UL上的傳輸和接收。這些配置如表7.1所示。如在第3.7.7節中所解釋的，在RRC連接建立過程期間，RRC從eNodeB接收PHY配置參數。
7.2 FDD框架結構
下行鏈路幀結構如圖7.2所示。每個無線電幀長度為Tf = 10ms，由20個長度為Tslot = 0：5ms的時隙組成，編號為0到19.子幀被定義為兩個連續的時隙RRC
?
圖7.1：PHY子層的描述。
其中子幀nsf由時隙2nsfand 2nsf + 1組成。系統幀號中的子幀nsf具有絕對子幀號
nabs / sf = 10nf + nsf。
對于上行鏈路幀，表示無線電幀內的時隙號
ns其中ns 2 f0; 1; ::: ;; 19g，Δf= 15KHz，ns 2 f0; 1; ::: ;; 4克
?Δf= 3:75 KHz。
?上行鏈路幀結構與圖7.2中的相同，持續時間為10ms，如果Δf= 15KHz，則為20個時隙。如果Δf= 3:75 KHz，則幀持續時間為10 ms，僅有5個時隙（時隙為2 ms），如圖7.3所示，其中時隙邊界與圖7.2中的子幀邊界相同。
?對于半雙工FDD，20個時隙可用于下行鏈路傳輸，并且20個時隙（Δf= 15KHz）或5個時隙（Δf= 3：75KHz）可用于每10ms間隔中的上行鏈路傳輸。上行鏈路和下行鏈路傳輸在頻域中分離。在半雙工FDD操作中，UE不能同時發送和接收。
?NB-IoT UE僅支持半雙工類型B.在B類半雙工FDD中，整個子幀用作接收和發送之間的保護。這允許僅使用可以在上行鏈路和下行鏈路頻率之間切換的單個振蕩器的低成本實現。
表7.1 PHY子層的RRC配置參數
| 參數 | 值 | 含義 |
| carrierFreq | [0 262143] | 表示NB-IoT載波頻率的EARFCN。它可以用于a的DL或UL |
| carrierFreqOffset | v-10, v-9, v-8, v-7, v-6, v-5, v-4, v-3, v-2, v-1, v-0dot5, v0, v1, v2, v3, v4, v5, v6, v7, v8, v9 ? | ?非錨定載波或錨定載波的UL。 |
| subframePattern10 | 10 bits | 將NB-IoT信道號偏移到EARFCN。它可以用于非錨載波的DL或UL或錨載波的UL。值v-10表示偏移-10 |
| subframePattern40 | 40 bits | 對于帶內，獨立和保護頻帶，下行鏈路子幀配置超過10 ms。僅用于非錨載波第一/最左邊的比特表示無線幀中的子幀＃0，其中SFN mod 10 = 0.值0表示子幀對于DL傳輸無效。值1表示子幀對DL傳輸有效 |
| indexToMidPRB | [-15 54] | 用于帶內的下行鏈路子幀配置超過40ms。僅用于非錨載波第一/最左邊的比特表示無線幀中的子幀＃0，其中SFN mod 40 = 0.值0表示子幀對于DL傳輸無效。值1表示子幀對DL傳輸有效 |
| ack-NACK- NumRepetitions | r1, r2, r4, r8, r16, r32, r64, r128 | 指示用于NB-IoT的物理資源塊（PRB）相對于可用PRB數量中間的索引。僅用于非錨定載體 |
| ack-NACK- NumRepetitions- Msg4 | r1, r2, r4, r8, r16, r32, r64, r128 | 指示上行鏈路ACK / NACK RU作為對NPDSCH的響應的重復次數。 r128表示重復128次 |
| twoHARQ-ProcessesConfig | True | 指示作為對NPDSCH Msg4的響應的每個NPRACH資源的上行鏈路ACK / NACK RU的重復次數 |
| eutraControlRegion- Size | n1, n2, n3 | 指示是否使用兩個HARQ進程 |
| operationModeInfo | Inband-SamePCI, Inband- DifferentPCI, Guardband, Standalone | 以OFDM符號數表示帶內操作模式的NPDCCH區域大小 |
圖7.2：Δf= 15 KHz的下行鏈路幀結構和上行鏈路幀結構。
圖7.3：Δf= 3.75 KHz的上行鏈路幀結構。
UE使用12個子載波，子載波帶寬為15KHz（帶寬為180KHz）在下行鏈路中工作，并且在上行鏈路中使用具有3:75或15KHz或者3,6的子載波帶寬的單個子載波， 或12個副載波，子載波帶寬為15KHz。
?在每個時隙的頻域中，每個NB-IoT載波只有一個資源塊。 可以配置多個NB-IoT載波，如表3.31所示。
?表7.2顯示了NB-IoT用于帶內模式的建議資源塊分配，其中eNodeB每個載波僅使用一個資源塊[29]。
7.3頻道頻段
NB-IoT設備使用特定頻帶和頻率進行DL和UL傳輸。 NB-IoT設備使用的頻段如表7.3所示[30,31]。
表7.2 NB-IoT物理資源塊
| 帶寬 | 3 MHz | 5 MHz | 10 MHz | 15 MHz | 20 MHz |
| 物理資源塊索引 | 2, 12 | 2,7,17, 22 | 4,9,14,19, 30,35,40, 45 | 2, 7, 12, 17, 22, 27, 32, 42, 47, 52, 57, 62, 67, 72 | 4, 9, 14, 19,24,29, 34, 39, 44, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 |
表7.3通道頻帶
| 頻段 | 下行 | 上行 | 區域 | ||
| FlowDL (MHz) | FhighDL (MHz) | FlowUL (MHz) | FhighUL (MHz) | ||
| 1 | 2110 | 2170 | 1920 | 1980 | 歐洲，亞洲 |
| 2 | 1930 | 1990 | 1850 | 1910 | 美洲，亞洲 |
| 3 | 1805 | 1880 | 1710 | 1785 | 歐洲，亞洲，美洲，非洲 |
| 4 | 2110 | 2155 | 1710 | 1755 | 美洲 |
| 5 | 869 | 894 | 824 | 849 | 美洲，亞洲 |
| 8 | 925 | 960 | 880 | 915 | 歐洲，亞洲，非洲 |
| 11 | 1844.9 | 1879.9 | 1749.9 | 1784.9 | 日本 |
| 12 | 729 | 746 | 699 | 716 | 美國 |
| 13 | 746 | 756 | 777 | 787 | 美國 |
| 14 | 758 | 768 | 788 | 798 | 美國 |
| 17 | 734 | 746 | 704 | 716 | 美國 |
| 18 | 860 | 875 | 815 | 830 | 日本 |
| 19 | 875 | 890 | 830 | 845 | 日本 |
| 20 | 791 | 821 | 832 | 862 | 歐洲，非洲 |
| 21 | 1495.9 | 1510.9 | 1447.9 | 1462.9 | 歐洲 |
| 25 | 1930 | 1995 | 1850 | 1915 | 美洲 |
| 26 | 859 | 894 | 814 | 849 | 美洲，日本 |
| 28 | 758 | 803 | 703 | 748 | 美洲，亞太地區 |
| 31 | 462.5 | 467.5 | 452.5 | 457.5 | 美洲 |
| 66 | 2110 | 2200 | 1710 | 1780 | 美洲 |
| 70 | 1995 | 2020 | 1695 | 1710 | 美洲 |
| 71 | 461 | 466 | 451 | 456 | 美國 |
| 72 | 460 | 465 | 450 | 455 | 歐洲，中東，非洲 |
| 73 | 1475 | 1518 | 1427 | 1470 | 亞洲和太平洋 |
針對NB-IoT的頻帶是僅用于FDD雙工模式的成對頻帶。 NB-IoT僅支持FDD雙工模式，而不支持TDD。
7.4載波頻率
E-UTRA絕對射頻信道號（EARFCN）指定NB-IoT設備使用的載波頻率。 它由下式給出：
?FDL = F low / DL + 0：1 x（NDL -1N Off / DL）+ 0：0025 x（2 x MDL + 1）;
其中FDL是下行鏈路載波頻率。 表7.3給出了F low / DL。
NDL是下行鏈路EARFCN，N Off / DL是偏移量。 NDL和N Off / DL都如表7.4所示。 MDL是下行EARFCN的偏移通道號，范圍為{-10，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1.5,0,1，2,3,4,5,6,7,8,9}。
?上行鏈路的EARFCN由下式給出：
?FUL = F low / UL + 0：1 x（NUL -1N Off / UL）+ 0：0025 x（2 x MUL）;
?
表7.4中心頻點
| 頻段 | 下行 | 上行 | ||
| N Off/DL | Range of NDL | N Off/UL | Range of NUL | |
| 1 | 0 | 0-599 | 18000 | 18000-18599 |
| 2 | 600 | 600-1199 | 18600 | 18600-19199 |
| 3 | 1200 | 1200-1949 | 19200 | 19200-19949 |
| 4 | 1950 | 1950-2399 | 19950 | 19950-20399 |
| 5 | 2400 | 2400-2649 | 20400 | 20400-20649 |
| 8 | 3450 | 3450-3799 | 21450 | 21450-21799 |
| 11 | 4750 | 4750-4949 | 22750 | 22750-22949 |
| 12 | 5010 | 5010-5179 | 23010 | 23010-23179 |
| 13 | 5180 | 5180-5279 | 23180 | 23180-23279 |
| 14 | 5280 | 5280-5379 | 23280 | 23280-23379 |
| 17 | 5730 | 5730-5849 | 23730 | 23730-23849 |
| 18 | 5850 | 5850-5999 | 23850 | 23850-23999 |
| 19 | 6000 | 6000-6149 | 24000 | 24000-24149 |
| 20 | 6150 | 6150-6449 | 24150 | 24150-24449 |
| 21 | 6450 | 6450-6599 | 24450 | 24450-24599 |
| 25 | 8040 | 8040-8689 | 26040 | 26040-26689 |
| 26 | 8690 | 8690-9039 | 26690 | 26690-27039 |
| 28 | 9210 | 9210-9659 | 27210 | 27210-27659 |
| 31 | 9870 | 9870-9919 | 27760 | 27760-27809 |
| 66 | 66436 | 66436-67335 | 131972 | 131972-132671 |
| 70 | 68336 | 68336-68585 | 132972 | 132972-133121 |
| 71 | 68586 | 68586-68935 | 133122 | 133122-133471 |
| 72 | 68936 | 68936-68985 | 133472 | 133472-133521 |
| 73 | 68986 | 68986-69035 | 133522 | 133522-133571 |
其中FUL是上行鏈路載波頻率。表7.3給出了F low / UL。 NUL是上行鏈路EARFCN，N Off / UL是偏移量。 NUL和N Off / UL均如表7.4所示。 MUL是上行EARFCN的偏移通道號，范圍為{-10，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}。
?NDL，NUL，MDL和MUL被通告給UE（carrierFreq和carrierFreqOffset參數），如表7.1所示。
?對于獨立操作，僅適用MDL = -1：5。 MDL = -1：5不適用于帶內和保護頻帶操作。對于包括用于帶內和保護帶操作的NPSS / NSSS的載波，MDL選自{-1，-1,0,1}。
7.5下行鏈路和上行鏈路信道頻率分離
下行鏈路（Rx）和上行鏈路頻率（Tx）之間存在分離，如表7.5所示。
7.6載波頻率柵格
載波柵格是指載波中心頻率之間的頻率間隔。對于每個支持的頻段，NB-IoT載波可以存在于每個100 KHz載波柵格或載波分離上。這可以表示為n×100KHz，其中n是整數。如果NB-IoT UE處于空閑模式并且被打開，則它可以在假設光柵為100KHz的情況下搜索DL頻率。
7.7信道和傳輸帶寬
?表7.5 Tx和Rx頻率分離
| 頻段 | DL和UL頻率之間的分離 |
| 1 | 190 |
| 2 | 80 |
| 3 | 95 |
| 4 | 400 |
| 5 | 45 |
| 8 | 45 |
| 11 | 48 |
| 12 | 30 |
| 13 | -11 |
| 14 | -10 |
| 17 | 30 |
| 18 | 45 |
| 19 | 45 |
| 20 | -11 |
| 21 | 48 |
| 25 | 80 |
| 26 | 45 |
| 28 | 55 |
| 31 | 10 |
| 66 | 400 |
| 70 | 300 |
| 71 | -16 |
| 72 | 10 |
| 73 | 10 |
圖7.4：獨立操作的信道帶寬和傳輸帶寬。
?表7.6獨立操作的通道帶寬
| 特性 | 值 |
| 信道帶寬（KHz） | 200 |
| 下行資源塊數（NRB） | 1 |
| Δf= 15KHz的上行鏈路子載波的數量 | 12 |
| Δf= 3:75 KHz的上行鏈路子載波的數量 | 48 |
NB-IoT UE根據操作模式（獨立，帶內或保護頻帶）使用特定信道或傳輸帶寬[31]。對于NB-IoT獨立操作，信道和傳輸帶寬分別為200KHz和180KHz。這在圖7.4和表7.6中說明，其中只有一個資源塊可用于NB-IoT傳輸[32]。
?200KHz資源塊信道帶寬的頻域波形如圖7.5所示。
?對于帶內操作，信道帶寬范圍為3至20 MHz，如表7.7所示。傳輸帶寬為180 KHz。
信道和傳輸帶寬之間的關系如圖7.6所示，其中只有一個資源塊用于傳輸。
?對于保護頻帶操作，它使用與圖7.7相同的信道帶寬，不同之處在于此操作模式不使用3 MHz的信道帶寬。 傳輸帶寬為180 KHz。 信道和傳輸帶寬之間的關系如圖7.7所示，其中只有一個資源塊用于傳輸。
7.8物理信道的映射
MAC子層處的傳輸信道被映射到PHY子層處的物理信道。 圖7.8顯示了傳輸信道到/從物理信道的映射。
7.9物理小區ID（PHYID）小區
物理小區ID是UE在小區搜索期間必須獲得的第一個參數，以便能夠解碼或編碼下行鏈路和上行鏈路物理信道。
?如果RRC將操作模式信息指示為用于小區的\ inband-SamePCI“，則UE假設物理層小區ID與用于小區的窄帶物理層小區ID相同。
圖7.5：200 KHz信道帶寬的頻域。
?表7.7帶內和保護頻帶操作的信道帶寬?
| 信道帶寬(MHz) | 3 5 10 15 20 |
| 傳輸帶寬(NRB) | 15 25 50 75 100 |
圖7.6：帶內操作的信道帶寬和傳輸帶寬。
圖7.7：保護頻帶操作的信道帶寬和傳輸帶寬。
?
圖7.8：下行鏈路和上行鏈路的傳輸信道和物理信道之間的映射。
7.10下行鏈路物理信道和結構
以下是下行鏈路信道[33,34]：
??窄帶物理下行鏈路共享信道（NPDSCH）。
??窄帶物理廣播信道（NPBCH）。
??窄帶物理下行鏈路控制信道（NPDCCH）。
此外，還有以下信號：
??窄帶參考信號（NRS）。
??窄帶同步信號。
??窄帶定位參考信號（NPRS）。
7.10.1下行鏈路傳輸方案OFDM
下行鏈路傳輸方案基于使用循環前綴的傳統OFDM。僅支持Δf= 15KHz的OFDM子載波間隔。在頻域中，一個時隙期間的12個連續子載波對應于一個下行鏈路資源塊。在時域中，資源塊的數量是每個時隙的一個且僅一個資源塊，其被分配給NB-IoT UE。在15KHz子載波間隔的情況下，存在兩個循環前綴長度，分別對應于每個時隙的七個和六個OFDM符號。
??正常循環前綴：TCP = 5：2 us（OFDM符號＃0），TCP = 4.7 us（OFDM符號＃1至＃6）。
??擴展循環前綴：TCP e = 16:67 us（OFDM符號＃0到OFDM符號＃5）。
圖7.9顯示了由循環前綴組成的OFDM符號，
TCP和有用符號持續時間Tu，其中Tu = 1 =Δf。
7.10.2資源網格
下行鏈路資源網格由時域中的7或6個OFDM符號和頻域中的12個子載波組成。如圖7.10所示，其參數總結在表7.8中。每個資源元素表示單個子載波。
?
圖7.9：OFDM符號。
圖7.10：下行鏈路資源網格。
?表7.8下行插槽
| 循環前綴 | NOFDM | 子載波間隔 | Nsc |
| 正常 | 7 | Δf = 15 KHz | 12 |
| 延長 | 6 | Δf = 15 KHz |
7.10.3主同步信號和輔助同步信號
窄帶主同步信號（NPSS）和窄帶輔同步信號（NSSS）是UE要獲取的第一信號。當UE通電或插入USIM時，UE開始掃描可用于填充合適小區的所有RF信道。 UE獲取NPSS和NSSS以便獲得物理小區ID，PHY ID，并且能夠解碼和編碼下行鏈路和上行鏈路CELL物理信道。可能有504個物理小區ID，UE使用NPSS / NSSS來確定物理小區ID。 eNodeB在每個無線電幀中在子幀＃5中發送NPSS，并且位于OFDM符號＃3中直到子幀的結束并且從子載波＃0開始到子載波＃10。 NSSS在子幀＃9中在滿足nfmod 2 = 0的無線電幀中發送。它也位于OFDM符號＃3之前直到時隙的末尾并且使用所有12個分配的子載波。
圖7.11：NSSS和NPSS資源塊。
?圖7.11顯示了用于NPSS和NSSS的資源塊和子載波。前3個OFDM符號不被NPSS和NSSS占用，因為它們可以攜帶NPDCCH用于帶內模式。這些3個OFDM符號用作保護時間，因為當UE嘗試獲取NPSS / NSSS時，它不知道還使用了什么操作模式。 NPSS和NSSS僅在資源塊中傳輸，如表7.2所示。
7.10.4參考和細胞特異性參考信號
NRS由UE接收并且可以用于下行鏈路功率控制或信道估計。
?如果UE尚未獲取operationModeInfo，
??NRS在子幀＃0和＃4以及不包含NSSS的子幀＃9中發送。
如果UE獲取了指示保護帶或獨立的operationModeInfo，
??在不包含NSSS的子幀＃0，＃1，＃3，＃4，子幀＃9中以及在為NB-IoT分配的所有DL子幀中發送NRS。
如果UE獲取了指示帶內的operationModeInfo，
??在不包含NSSS的子幀＃0，＃4，子幀＃9中以及在為NB-IoT分配的所有DL子幀中發送NRS。
NRS不在包含NPSS或NSSS的子幀中發送。圖7.12顯示了當使用一個或兩個天線端口時在分配的子載波和子幀上發送的NRS。
?小區特定參考（CSR）信號在NRS可用的DL子幀中發送，并且使用NRS使用的相同數量的天線端口（一個或兩個天線端口）。分配給CSR的子載波另外在頻率范圍內通過PHY ID / CELL mod 6循環移位。如果子幀和分配的子載波用于NPSS / NSSS，則CRS在那些子幀中對NPSS / NSSS進行穿孔。單個和兩個天線端口的CRS如圖7.13所示。
圖7.12：一個或兩個天線端口上的NRS。
圖7.13：一個或兩個天線端口上的CRS。
7.10.5 下行功率控制
eNodeB控制并計算用于下行鏈路子載波和子幀的功率。 DL傳輸功率是指NRS傳輸功率。 NRS傳輸功率的值被發送到UE，UE使用它來計算和估計路徑損耗。
?NRS傳輸功率，NRS每資源單元能量（EPRE）在所有DL子載波和子幀上是恒定的。 NRS EPRE被計算為攜帶NRS的所有子載波的功率貢獻（以[W]為單位）的線性平均值。對于NPBCH，NPDCCH和NPDSCH，發射功率取決于傳輸方案。如果僅應用一個天線端口，則功率與NRS相同;否則，減少3dB。
?如果使用帶內操作模式且samePCI值設置為true，則應用特殊情況。在這種情況下，eNodeB可以另外用信號通知NRS功率與CRS功率的比率，這使得UE能夠使用CRS進行信道估計。
7.10.6調制方案
每個物理下行鏈路信道使用調制方案。表7.9總結了這些方案。
7.10.7 NPBCH(窄帶物理廣播信道)
這是用于從eNodeB接收廣播控制PDU MIB-NB的物理信道。 MIB-NB的大小是34比特，并且其傳輸塊在640ms的每個傳輸時間間隔（TTI）中傳輸。 PBCH的循環冗余校驗（CRC）根據是否使用1或2個天線端口，如表7.10所示，使用16位CRC掩碼進行加擾。
在將CRC添加到傳輸塊，信道編碼和速率匹配之后，它產生多個1600位。 由于QPSK具有2比特星座大小，因此導致800個符號被發送到UE。 在實現nf mod 64 = 0的無線電幀中開始的64個連續無線電幀期間，在子幀＃0中發送NPBCH。如表7.9中那樣使用調制。
?表7.9用于物理下行鏈路信道的調制方案?
| 物理信道 | 調制方案 |
| NPBCH | QPSK |
| NPDSCH | QPSK |
| NPDCCH | QPSK |
表7.10 NPBCH CRC掩碼
| 天線端口數 | CRC掩碼 |
| 1 | 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 |
| 2 | 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1 |
圖7.14：子幀＃0上的NPBCH以及單個或兩個天線端口的NRS和CRS。
800個符號被分成8個塊，每個塊具有100個符號。 64個連續的無線電幀被分組為8個無線電組，其中每個組具有8個無線電幀。在每個無線電組中，第一無線電幀中的子幀＃0用于發送一個塊，并且相同無線電組中的后續子幀（子幀＃0）包含相同塊的重復。
?圖7.14顯示了分配給NPBCH的已分配子載波。在子幀＃0中，存在NRS和CSR。另外，前3個OFDM符號不被NPBCH占用。可以使用單個或兩個天線端口傳輸NPBCH。
7.10.8 NPDSCH(窄帶物理下行共享信道)
圖7.15：NPDSCH物理層處理。
NPDSCH用于承載DL-SCH和PCH的流量。 NPDSCH每個子幀僅為UE承載一個資源塊。 NPDSCH攜帶包含一個完整MAC PDU的傳輸塊。僅支持B型半雙工FDD操作。僅被指定為NB-IoT下行鏈路子幀的子幀包含為UE分配的資源塊。 UE假定子幀是NB-IoT子幀，如果：
??UE確定子幀不包含NPSS / NSSS / NPBCH / NB-SIB1傳輸，以及
?在UE獲得SystemInformationBlockType1-NB之后，子幀被配置為NB-IoT DL子幀。
NPDSCH執行以下操作，如圖7.15所示：
??CRC附件。
??信道編碼：卷積編碼。
??速率匹配。
??擾。
??調制。
??層映射和預編碼。
??映射到分配的資源和天線端口。
7.10.8.1 CRC計算
CRC為在下行鏈路上發送的傳輸塊提供錯誤檢測能力。如果傳輸塊具有S比特，則對應于CRC的附加P比特被連接到傳輸塊比特。使用生成多項式G24（X）計算奇偶校驗位并將其附加到傳輸塊
G24（X）= X 24 + X 23 + X 18 + X 17 + X 14 + X 11 + X 10 + X 7 + X 6 + X 5 + X4 + X 3 + X + 1：
包括傳輸塊比特和CRC比特的比特表示為
B0; b1; b2; ::: ;; bB-1，其中B = S + P.
圖7.16：速率為1/3的卷積編碼器。
7.10.8.2卷積編碼
CRC附件的輸出是一個由c0表示的代碼塊; c1; c2; ::: ;; c K -1，其中K是代碼塊的位數。由于輸入位的數量小于代碼塊，因此只有一個代碼塊，Z = 6144.代碼塊是卷積編碼的。使用具有約束長度7和編碼率1/3的咬尾卷積編碼器，如圖7.16所示。
?NPDSCH使用咬尾卷積編碼而不是Turbo編碼（如在傳統LTETM中），因為這導致UE側的較低信道編碼復雜度。
?卷積編碼器的輸出是由pi / 0表示的奇偶校驗位; pi / 1; pi / 2; ::: ;; pi / K -1，其中i = 0; 1; 2和K = B.
7.10.8.3速率匹配
卷積編碼器的輸出作為圖7.17所示速率匹配塊的輸入提供。三個信息比特流，p0 / k; p1 / k;從卷積編碼器獲得的p2 / k作為輸入提供給每個子塊交織器，它們分別交織它們。位選擇選擇長度等于E的輸出位。速率匹配的輸出序列用e0表示; e1; e2; ::: ;; e E -1，其中E是速率匹配位的數量。為了保持NB-IoT UE復雜度低，僅為NPDSCH指定單個冗余版本（RV）。
?在速率匹配之后對應于一個傳輸塊的該編碼比特序列被稱為碼字。
7.10.8.4加擾
位級擾碼器的輸入是e0; e1; e2; ::: ;; e E -1，其中E是要發送的比特數，在調制之前被加擾。
圖7.17：速率為1/3的卷積編碼器的速率匹配。
擾碼器輸出為h0; h1; h2; ::: ;; h E -1在哪里
hi =（ei + scri）mod 2：
scri是恒定加擾序列，其取決于C-RNTI和物理小區ID（它是UE特定的加擾序列）。
7.10.8.5調制
加擾器的輸出，h0; h1; h2; ::: ;;使用QPSK調制h E -1，得到一個復調制符號塊，
m0; m 1; m 2; ::: ;; m Nsym -1，其中N sym是復調制符號的數量。用于NPDSCH的調制方案總結在表7.9中。
7.10.8.6層映射
調制符號被映射到一個或兩個層中。復雜-
有價值的調制符號m0; m1; m2; ::: ;; m N sym -1被映射成最多兩個層，x0 / i和x1 / i，其中i = 0; 1; 2; ::: ;; Nlayer / symb -11和N layer / symb是每層的調制符號數。
?如果在下行鏈路上使用單個天線端口，則使用單個層，并且映射被視為
?x0 / i = mi; Vi = 0; 1; 2; ::: ;; Nlayer / isymb -11;
其中N layer / symb = Nsymb。
如果使用兩個天線端口，則層數等于2，映射定義為：
?x0 / i = m2i;
?x1 / i = m2i + 1; 8i = 0; 1; 2; ::: ;; Nlayer / symb -11; （7.1）
其中N layer / symb = Nsymb = 2。
7.10.8.7預編碼
層映射的輸出，x0 / i和x1 / i，其中i = 0; 1; 2; ::: ;;
N層/ symb -11被預編碼成向量，y0 / i和y1 / i，其中i = 0; 1; 2; ::: ;;
Np / symb -11和p∈{0; 1}。預編碼器輸出被映射到兩個天線端口中的每一個上的資源，其中yp / i表示天線端口p的信號。 Np / sym是每個天線端口的預編碼符號的數量。如果使用單個天線端口，p = 0，則預編碼通過以下方式進行：
?y0 / i = x0 / i; 8i = 0; 1; 2; ::: ;; Nlayer / symb -1：
如果使用兩個天線端口（用于發射分集），則輸出基于空頻塊編碼（SFBC）。 SFBC意味著兩個連續調制符號y0 / 2i和y0 / 2i + 1被直接映射到第一天線端口上的頻率相鄰資源元素。在第二天線端口上，符號-y + 0 / 2i + 1和y-1被映射到相應的資源元素（表示復共軛）。對于兩個天線端口，p∈{0;如圖1所示，預編碼操作的輸出y0 / i和y1 / i可以被定義為
?
其中Np / symb = 2N layer / symb。
圖7.18顯示了兩層上的調制符號到兩個天線端口的映射，用于發射分集。
7.10.8.8映射到物理資源
來自預編碼器的輸出y0 / i和y1 / i被映射到從下行鏈路子幀的第一時隙開始然后第二時隙開始的資源塊的子載波。每個子幀包含最多168個子載波（14個OFDM符號中的12個子載波）。一些子載波用于NPSS / NSSS，NPDBCH，NPDCCH或NRS，不能用于NPDSCH。
?
圖7.18：發射分集。
子幀的重復是用于多次重復相同子幀的技術。重復會增加覆蓋范圍（最高20 dB），所有重復次數只會被確認一次。對于每個子幀，在繼續將y0 / i和yi / 1映射到另一個子幀中的其他子載波之前，重復多次。
7.10.8.9 NPDSCH(窄帶物理下行共享信道)位置和映射
NPDSCH可以承載廣播系統信息（SIB）或單播流量。對于單播流量，NPDSCH以OFDM符號lDataStart開始，位于子幀中的第一個時隙，其中lDataStart等于eutraControlRegionSize，如表7.1所示，否則由RRC提供，lDataStart = 0.如果NPDSCH攜帶SIB1-NB，則為lDataStart = 3表示帶內操作，否則lDataStart = 0表示保護帶或獨立操作。
?如果NB-IoT是帶內操作，則起始OFDM符號避免與LTE PDCCH信道沖突。但是，對于保護頻帶和獨立操作模式，NPDSCH的起始始終從OFDM符號＃0開始，這為NPDSCH提供了更多的資源塊空間。
?圖7.19示出了用于NPDSCH的分配的子載波和OFDM符號，假設帶內操作并且lDataStart被設置為等于OFDM符號＃2。 NPDSCH不在子幀＃0中發送，因為它用于NPBCH。 NPDSCH僅在指定用于NB-IoT傳輸的DL子幀中傳輸。
圖7.19：帶有NRS和CRS的NPDSCH，用于帶內操作的單個或兩個天線端口。
7.10.9 NPDCCH(物理下行控制信道)
NPDCCH載有控制信息，不攜帶任何控制平面或數據平面PDU。在NPDCCH上指示DL和UL指配和授權。
?NPDCCH在子幀和重復中支持1或2個連續窄帶控制信道單元（NCCE）的聚合。 NCCE占用子幀中的6個連續子載波，其中NCCE 0占用子載波0到5，NCCE 1占用子載波6到11.有兩種NPDCCH格式，如表7.11所示。
表7.11 NPDCCH格式?
| NPDCCH格式 | NCCEs數量 |
| 0 | 1 |
| 1 | 2 |
圖7.20：通過RNTI加擾進行NPDCCH編碼。
NPDCCH支持C-RNTI，臨時C-RNTI，P-RNTI，RA-RNTI，SC-RNTI和G-RNTI。通過RNTI對計算的CRC進行加擾，在CRC中隱式編碼RNTI。圖7.20說明了如何使用RNTI對NPDCCH進行加擾。
?可以在子幀中發送一個或兩個NPDCCH。在多載波的情況下，來自每個載波的多個NPDCCH被復用在一起。 UE監視多個NPDCCH。每個NPDCCH都有自己的x-RNTI集。
當UE檢測到具有在針對UE的子幀n中結束的下行鏈路控制信息（DCI）格式N1，N2的NPDCCH時，其在n + 5個DL子幀中開始在多個連續的NB-IoT DL子幀中對應的NPDSCH傳輸進行解碼。 （S）。
?NPDCCH執行以下和相同的塊，如圖7.15所示。
??CRC插入：16位CRC。
??信道編碼：尾部咬合卷積編碼。
??速率匹配。
??頻道交錯。
??擾。
??調制。
??層映射和預編碼。
??映射到分配的資源和天線端口。
7.10.9.1 CRC計算
CRC為NPDCCH信息提供錯誤檢測能力，并且還由RNTI加擾。該塊的輸入是大小為S的多個有效負載位。奇偶校驗位與有效負載位連接，并具有P位的大小。使用以下16位循環生成多項式：
G16（X）= X 16 + X 12 + X 5 + 1：
一旦計算出CRC位，輸出序列用b0表示; b1; b2; ::: ;; b B -1，其中B = S + P.
?如圖7.20所示，CRC奇偶校驗位用相應的16位RNTI加擾，xrnti; 0; xrnti; 1; xrnti; 2; ::: ;; xrnti; 15，形成位序列。 ck和bk之間的關系是：
?ck = bk Vk = 0; 1; 2; ; S-11
?ck =（bk + xrnti; k -s）mod 2 Vk = S; S + 1; S + 2; :::; S + 15：（7.2）
7.10.9.2卷積編碼
CRC塊的輸出采用與第7.10.8.2節相同的方式進行卷積編碼。
7.10.9.3速率匹配
這與NPDSCH的7.10.8.3節中使用的塊相同。只有一個代碼塊，沒有RV功能。
7.10.9.4加擾
這與NPDSCH的7.10.8.4節中使用的塊相同。提供加擾的比特作為調制器的輸入。
7.10.9.5調制
對擾碼器的輸出進行調制，得到一個復值調制符號塊m0; m1; m2; ::: ;; m N sym -1，其中Nsym是調制符號的數量。根據表7.9進行調制。
7.10.9.6層映射
與第7.10.8.6節中用于NPDSCH的相同。
7.10.9.7預編碼
與第7.10.8.7節中用于NPDSCH的相同。
7.10.9.8映射到資源元素
復值符號，m0; m1; m2; ::: ;; m N sym -1僅在指定用于NB-IoT的下行鏈路子幀中映射到NCCE中的子載波。根據NPDCCH位置將調制符號映射到OFDM符號，如參數1NP DCCHStart所示。
7.10.9.9 NPDCCH(物理下行控制信道)位置和映射
NPDCCH始終位于DL子幀的第一個時隙中。 NPDCCH所在的起始OFDM符號lNP DCCHStart由下式給出：
??如果operation-ModeInfo指示帶內操作，則lNP DCCHStart等于eutraControlRegionSize。
??如果operationModeInfo指示保護帶或獨立操作，則lNP DCCHStart等于零。
如果NB-IoT是帶內操作，則起始OFDM符號避免與LTE PDCCH信道沖突。但是，對于保護頻帶和獨立操作模式，NPDCCH的起始始終從0開始，這為NPDCCH提供了更多的資源塊空間。
?圖7.21示出了用于NPDCCH的分配的子載波和OFDM符號，假設帶內操作并且lNP DCCHStart被設置為等于OFDM符號＃2。 NPDCCH不在子幀＃0中發送，因為它用于NPBCH。 NPDCCH僅在指定用于NB-IoT傳輸的DL子幀中傳輸。
?兩個NCCE（NCCE0和NCCE1）使用圖7.21中所示的NPDCCH分配資源。如果使用NPDCCH格式0，則需要一個NCCE。如果使用NPDCCH格式1，則需要兩個NCCE。
7.10.9.10 DCI處理的RRC信息
表7.1示出了提供給PHY層的RRC層配置參數，以幫助DCI的編碼和解碼。兩個參數operationModeInfo和eutraControlRegionSize是用于解碼NPDCCH的必要信息。
7.10.9.11 DCI格式N0
該格式用于指示NPUSCH中針對單個上行鏈路載波的上行鏈路授權。 DCI格式N0攜帶的信息如表7.12所示。 DCI格式N0的總大小是24位[35]。
?
圖7.21：帶有NRS和CRS的NPDCCH，用于帶內操作的單個或兩個天線端口。
當UE檢測到在DL子幀n中結束的格式N0時，使用格式1的NPUSCH在第（n + k）個DL子幀之后的UL時隙中開始，其中8 <= k <= 64。在第（n + k）個DL子幀之后開始的N個連續UL時隙中也重復NPUSCH。換一種說法：
??NPUSCH使用子載波間隔Δf= 3：75KHz或Δf= 15KHz，其由UE在接收如表6.4和6.5中的隨機接入響應（RAR）授權消息時確定。
??在多個連續的UL時隙中重復NPUSCH，其中重復次數是N = NRep×NRU×N UL /時隙。根據表7.12,7.14和7.13，NRep和NRU分別根據重復次數，IRep和資源分配，IRU，字段確定。 N UL / slot是RU的UL時隙數，如表7.29所示。
NPDCCH傳輸在子幀n中結束。 NPUSCH傳輸可以延遲多個子幀k。也就是說，在子幀n結束之后，NPUSCH子幀在子幀n之后的k個子幀開始并且重復N個連續子幀。 k由調度延遲字段IDelay確定，如表7.12和7.15所示。
?為了確定UL調制階數和傳輸塊大小，UE執行以下操作：
??每個RU資源單元（RU）具有多個連續分配的子載波nsc，由子載波指示Isc確定，如表7.12所示。對于Δf= 15KHz，根據表7.16確定nsc。對于子載波間隔，Δf= 3：75KHz，nsc = Isc其中（0 <= Isc <48）。
表7.12 DCI格式N0信息
| 信息 | 大小(Bits) | 含義 |
| 信號旗 | 1 | 如果設置為1，則表示格式為N1，如果設置為0，則表示格式為N0 |
| 子載波指示（Isc） | 6 | 確定分配的UL子載波，nsc |
| 資源分配（IRU） | 3 | 確定上行鏈路資源單元的數量NRU |
| 調度延遲（IDelay） | 2 | 從NPDCCH子幀的末尾到NPUSCH的第一UL時隙經過的子幀的數量 |
| 調制和編碼方案（IMCS） | 4 | 確定調制方案和傳輸塊大小 |
| 冗余版本（RV） | 1 | 表示上行鏈路傳輸塊的冗余版本 |
| 重復次數（IRep） | 3 | 確定NRep |
| 新數據指標 | 1 | 指示傳輸塊是新傳輸塊還是重傳傳輸塊。 該信息被提供給MAC子層 |
| DCI子幀重復次數 | 2 | 確定DCI（NPDCCH）重復的次數 |
| HARQ進程號 | 1 | 拒絕HARQ進程ID，并且僅在配置了兩個HARQ進程時才出現 |
表7.13 DCI格式N0的重復次數IRep?
| 重復次數(IRep) | 重復次數(NRep) |
| 0 | 1 |
| 1 | 2 |
| 2 | 4 |
| 3 | 8 |
| 4 | 16 |
| 5 | 32 |
| 6 | 64 |
| 7 | 128 |
表7.14 DCI格式N0的資源分配IRU
?
| 資源分配(IRU) | RU 數(NRU) |
| 0 | 1 |
| 1 | 2 |
| 2 | 3 |
| 3 | 4 |
| 4 | 5 |
| 5 | 6 |
| 6 | 8 |
| 7 | 10 |
表7.15 DCI格式N0的調度延遲IDelay
| 調度延遲(IDelay) | 子幀數(k) |
| 0 | 8 |
| 1 | 16 |
| 2 | 32 |
| 3 | 64 |
表7.16副載波指示，Isc，DCI格式N0，副載波間隔Δf= 15 KHz
| 子載波指示(Isc) | 分配子載波組(nsc) | 子載波數(N UL/sc) |
| 0-11 | Isc | 1 |
| 12-15 | 3(Isc -112) + {0; 1; 2} | 3 |
| 16-17 | 6(Isc -116) + {0; 1; 2; 3; 4; 5} | 6 |
| 18 | {0; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10; 11} | 12 |
??根據nsc計算RU中分配的子載波的總數，并表示為N RU / sc
??如果N RU / sc> 1，則星座大小為Qm = 2且IT BS = IMCS。
?如果N RU / sc = 1，則根據表7.17，使用IMCS來確定星座大小和傳輸塊大小索引IT BS。
??使用傳輸塊大小索引，IT BS和資源分配IRU確定傳輸塊大小，如表7.18所示。
??在N = NRep×NRU×N UL /時隙時發送和重復UL傳輸塊。在一組連續時隙中，根據表7.12中的RV字段發送傳輸塊的塊的不同RV。
表7.17當N RU / sc = 1時，DCI格式N0的IMCS和IT BS
| 調制和編碼方案 (IMCS) | 星座大小 (Qm) | TBS 指數(IT BS) |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 2 |
| 2 | 2 | 1 |
| 3 | 2 | 3 |
| 4 | 2 | 4 |
| 5 | 2 | 5 |
| 6 | 2 | 6 |
| 7 | 2 | 7 |
| 8 | 2 | 8 |
| 9 | 2 | 9 |
| 10 | 2 | 10 |
表7.18 NPUSCH的傳輸塊大小（位）
| TBS指數(IT BS) | 資源分配(IRU) | |||||||
| ? | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 0 | 16 | 32 | 56 | 88 | 120 | 152 | 208 | 256 |
| 1 | 24 | 56 | 88 | 144 | 176 | 208 | 256 | 344 |
| 2 | 32 | 72 | 144 | 176 | 208 | 256 | 328 | 424 |
| 3 | 40 | 104 | 176 | 208 | 256 | 328 | 440 | 568 |
| 4 | 56 | 120 | 208 | 256 | 328 | 408 | 552 | 680 |
| 5 | 72 | 144 | 224 | 328 | 424 | 504 | 680 | 872 |
| 6 | 88 | 176 | 256 | 392 | 504 | 600 | 808 | 1000 |
| 7 | 104 | 224 | 328 | 472 | 584 | 712 | 1000 | 1224 |
| 8 | 120 | 256 | 392 | 536 | 680 | 808 | 1096 | 1384 |
| 9 | 136 | 296 | 456 | 616 | 776 | 936 | 1256 | 1544 |
| 10 | 144 | 328 | 504 | 680 | 872 | 1000 | 1384 | 1736 |
| 11 | 176 | 376 | 584 | 776 | 1000 | 1192 | 1608 | 2024 |
| 12 | 208 | 440 | 680 | 1000 | 1128 | 1352 | 1800 | 2280 |
| 13 | 224 | 488 | 744 | 1128 | 1256 | 1544 | 2024 | 2536 |
用于UL傳輸的相應ACK / NACK響應由新數據指示符（NDI）字段隱含地用信號通知。如果切換NDI，則表示先前UL傳輸的ACK。
7.10.9.12 DCI格式N0示例
為了提供NB-IoT設備如何解碼DCI格式N0的數值示例，請考慮表7.19。
表7.19 DCI格式N0字段
| 字段 | 大小(Bits) | 值 |
| 標志 | 1 | 0 |
| 子載波指示(Isc) | 6 | 12 |
| 資源分配(IRU) | 3 | 1 |
| 調度延遲(IDelay) | 2 | 1 |
| 調制和編碼方案(IMCS) | 4 | 1 |
| 冗余版本(RV) | 1 | 0 |
| 重復次數(IRep) | 3 | 1 |
表7.19中收到的DCI信息表明如下：
??UE接收隨機接入響應消息（RAR），如表6.4所示，指示子載波間隔Δf= 15KHz。
??標志設置為0表示這是DCI格式N0。
??子載波指示Isc設置為12，表示分配的子載波集合為f0,1,2g，如表7.16所示。
??資源分配IRU設置為1，表示NRU為2，如表7.14所示。
??調度延遲IDelay為1表示在NPDCCH在DL子幀n中結束之后，NPUSCH子幀在DL子幀n之后開始k = 16DL子幀并且重??復N個連續子幀，如表7.12和7.15中所示。
??調制和編碼方案，IMCS，值為1，表示IMCS = IT BS為N RU / SC> 1。
??重復次數IRep設置為2，表示NRep為4，如表7.13所示。
從上面，UE推斷出以下內容：
??nsc是一組分配的載波f0,1,2g，并且RU中分配的子載波的總數N RU / sc是3.根據表7.29，N UL / Slots是8。
?由于N RU / sc = 3> 1，QPSK的星座大小為Qm = 2。
??由于IT BS = 1且IRU = 1，傳輸塊大小為56位，如表7.18所示。
7.10.9.13 DCI格式N1
該格式用于指示NPDSCH中針對單個下行鏈路載波的下行鏈路授權。它還用于指示由NPDCCH命令（例如，由eNodeB觸發）觸發的隨機接入過程或用于SC-MCCH改變的通知。使用C-RNTI，臨時C-RNTI，RA-RNTI，SI-RNTI或G-RNTI對該格式的CRC進行加擾。 DCI格式N1中攜帶的信息如表7.20所示。 DCI格式N1的最大總大小是24位。
?如果NPDCCH順序指示符被設置為1，則僅使用NPRACH重復的起始數，IRep，NPRACH的子載波指示，Isc和NPRACH的載波指示，并且所有其他剩余信息被設置為零。當NPDCCH順序指示符被設置為1時，UE在由NPRACH的載波指示所指示的非錨定載波上發送隨機接入前導碼，并且在映射到具有前導碼重復次數IRACH的NRACH資源的覆蓋增強級別上發送隨機接入前導碼。如果載波指示字段為零，則UE在錨載波上發送隨機接入前導碼。使用隨機接入前導碼，Δf= 3：75KHz，并且要使用的隨機接入前導碼由子載波指示字段Isc指示，其中0 <= Isc <48。
?NPDSCH位于被指定為NB-IoT DL子幀的DL子幀中。這些子幀通過SIB1-NB或RRConnectionSetup PDU在subframePattern10或subframePattern40中向UE通告，如表7.1所示，不包括SIB1-NB，NPBCH，NPSS或NSSS使用的那些幀。
?NPDSCH傳輸可以被延遲多個子幀k，其中0 <= k <128。即，在子幀n + 5之后，NPDSCH子幀在子幀n +5之后開始k個子幀并且重??復N個連續的子幀。當UE檢測到在子幀n中結束的格式N1或N2時，NPDSCH在子幀n + 5 + k中開始。 NPDSCH也在從子幀n + 5 + k開始的N個連續子幀中重復。 k由調度延遲字段IDelay確定，如表7.20和7.21所示。
對于DCI格式N2，k = 0。換一種說法：
??NPDCCH傳輸在子幀n中結束。
??在多個連續子幀中重復NPDSCH，其中傳輸塊及其重復在N = NRep×NSF上擴展（兩者都根據表7.20,7.22和7.23確定）。
??NPDSCH的調制方案是QPSK（Qm = 2）。通過設置IT BS = IMCS，根據調制和編碼方案IMCS確定傳輸塊大小。 IT BS和資源分配字段ISF都確定傳輸塊大小，如表7.24所示。傳輸塊分布在NSF子幀上，每個傳輸塊重復NRep子幀。
表7.20 DCI格式N1字段
| 域 | 大小(Bits) | 含義 |
| 信號旗 | 1 | 如果設置為1，則表示格式為N1，如果設置為0，則表示格式為N0 |
| NPDCCH訂單指標 | 1 | 如果設置為1，則表示由NPDCCH命令啟動的隨機訪問過程 |
| SC-MCCH改變通知 | 2 | 表示SC-MCCH的變化 |
| NPRACH重復的起始數（IRep） | 2 | 確定NPRACH的重復次數NRep |
| NPRACH（Isc）的子載波指示 | 6 | 用于為NPRACH分配子載波，nsc = Isc |
| NPRACH的載波指示 | 4 | 載波索引，ul-ConfigList，用于傳輸隨機接入前導碼。 該字段用于NPDCCH順序以及是否配置了非錨定載波 |
| 調度延遲（IDelay） | 3 | 從NPDCCH結束加上5個子幀到PDSCH的第一個子幀所經過的子幀數 |
| 資源分配（ISF） | 3 | 確定NSF和傳輸塊大小 |
| 調制和編碼方案（IMCS） | 4 | 確定IT BS = IMCS |
| 重復次數（IRep） | 4 | 確定NRep |
| 新數據指標 | 1 | 指示傳輸塊是新傳輸塊還是重傳傳輸塊。 該信息被提供給MAC子層 |
| HARQ-ACK資源 | 4 | 表示為ACK / NACK分配的子載波 |
| DCI子幀重復次數 | 2 | 確定DCI（NPDCCH）重復的次數 |
| HARQ進程號 | 1 | 拒絕HARQ進程ID，并且僅在配置了兩個HARQ進程時才出現 |
表7.21 DCI格式N1的調度延遲IDelay
| 調度延遲(IDelay) | 子幀數(k) |
| 0 | 0 |
| 1 | 4 |
| 2 | 8 |
| 3 | 12 |
| 4 | 16 |
| 5 | 32 |
| 6 | 64 |
| 7 | 128 |
表7.22 DCI格式N1的子幀數NSF
| 資源分配(ISF) | 子幀數(NSF) |
| 0 | 1 |
| 1 | 2 |
| 2 | 3 |
| 3 | 4 |
| 4 | 5 |
| 5 | 6 |
| 6 | 8 |
| 7 | 10 |
系統信息SIB1-NB和其他SIB在NPDSCH上承載。
SIB1-NB具有特殊的傳輸時間表，如第3.7.2節所述。根據第3.7.2節，UE已知用于SIB1-NB傳輸的子幀。如果子幀攜帶SIB1-NB，則根據參數schedulingInfoSIB1的值設置NRep，如表3.7所示。根據表7.25確定SIB1-NB的傳輸塊大小IT BS。
?在子幀m中完成NPDSCH傳輸之后，UE開始向eNodeB發送ACK / NACK。在NPDSCH結束之后，UE開始發送ACK / NACK k個子幀。也就是說，在DL子幀（m + k-11）結束之后，UE開始發送ACK / NACK響應。 UL子載波和k由表7.20和7.26中的HARQ-ACK資源字段確定。 ACK / NACK僅使用單個子載波而與子載波間隔無關。
?使用NPUSCH格式2和N個連續UL時隙發送ACK / NACK響應。 N = N ACK x N UL，其中N ACK / Rep的值Rep時隙由RRC參數ack-NACK-NumRepetitions（表7.1）給出，并且N UL / slot是RU的時隙數，如表7.29所示。 。
表7.23 DCI格式N1的重復子幀數NRep
| 重復數(IRep) | 子幀數(NRep) |
| 0 | 1 |
| 1 | 2 |
| 2 | 4 |
| 3 | 8 |
| 4 | 16 |
| 5 | 32 |
| 6 | 64 |
| 7 | 128 |
| 8 | 192 |
| 9 | 256 |
| 10 | 384 |
| 11 | 512 |
| 12 | 768 |
| 13 | 1024 |
| 14 | 1536 |
| 15 | 2048 |
表7.24 NPDSCH的傳輸塊大小（位）
| TBS 索引(IT BS) | 資源分配(ISF) | |||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| 0 | 16 | 32 | 56 | 88 | 120 | 152 | 208 | 256 |
| 1 | 24 | 56 | 88 | 144 | 176 | 208 | 256 | 344 |
| 2 | 32 | 72 | 144 | 176 | 208 | 256 | 328 | 424 |
| 3 | 40 | 104 | 176 | 208 | 256 | 328 | 440 | 568 |
| 4 | 56 | 120 | 208 | 256 | 328 | 408 | 552 | 680 |
| 5 | 72 | 144 | 224 | 328 | 424 | 504 | 680 | 872 |
| 6 | 88 | 176 | 256 | 392 | 504 | 600 | 808 | 1032 |
| 7 | 104 | 224 | 328 | 472 | 584 | 680 | 968 | 1224 |
| 8 | 120 | 256 | 392 | 536 | 680 | 808 | 1096 | 1352 |
| 9 | 136 | 296 | 456 | 616 | 776 | 936 | 1256 | 1544 |
| 10 | 144 | 328 | 504 | 680 | 872 | 1032 | 1384 | 1736 |
| 11 | 176 | 376 | 584 | 776 | 1000 | 1192 | 1608 | 2024 |
表7.25攜帶SIB1-NB的NPDSCH的傳輸塊大小（位）
| IT BS | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
| TBS (Bits) | 208 208 208 328 328 328 440 440 440 680 680 680 |
?表7.26Δf= 15 KHz時的ACK / NACK資源字段
| HARQ-ACK | 資源ACK / NACK子載波 | k |
| 0 | 0 | 13 |
| 1 | 1 | 13 |
| 2 | 2 | 13 |
| 3 | 3 | 13 |
| 4 | 0 | 15 |
| 5 | 1 | 15 |
| 6 | 2 | 15 |
| 7 | 3 | 15 |
| 8 | 0 | 17 |
| 9 | 1 | 17 |
| 10 | 2 | 17 |
| 11 | 3 | 17 |
| 12 | 0 | 18 |
| 13 | 1 | 18 |
| 14 | 2 | 18 |
| 15 | 3 | 18 |
?
7.10.9.14 DCI格式N2
該格式用于指示尋呼，直接指示（SIB內容的改變的指示），下行鏈路SC-MCCH或SC-MCCH改變的通知。 DCI格式N2中攜帶的信息如表7.27所示。 DCI格式N2的總大小是15比特（僅當Flag字段被設置為0并且NPDCCH被P-RNTI加擾時才使用直接指示信息字段）。
?這些字段的解釋與DCI格式N1的解釋相同。 DCI格式N2由UE編碼以在NPDSCH上提取尋呼PDU，其方式與DCI格式N1中所述的相同。
?UE通過檢查CRC來區分DCI的不同格式。如果使用RA-RNTI對CRC進行加擾，則NPDCCH內容是DCI格式N1，并且包括用于包含隨機接入響應消息的MAC PDU的NPDSCH資源，如第6.3.2節中所述。
表7.27 DCI格式N2字段
| 字段 | 大小(Bits) | 含義 |
| 標志 | 1 | 如果設置為1，則表示尋呼，如果設置為0，則表示直接指示 |
| SC-MCCH 更改通知 | 1 | 表示SC-MCCH的更改 |
| 直接指示信息 | 8 | 表示系統信息更新（無需接收尋呼PDU） |
| 資源分配(ISF) | 3 | 確定NSF和傳輸塊大小 |
| 調制和編碼方案(IMCS) | 4 | 確定 IT BS = IMCS |
| 重復次數 (IRep) | 4 | 確定 NRep |
| DCI子幀重復次數 | 3 | 確定DCI（NPDCCH）重復的次數 |
如果使用臨時C-RNTI對CRC進行加擾，則它指示DCI格式N1，其包括包含Msg4的NPDSCH，如第6.3.3節中所述。
?如果用C-RNTI對CRC進行加擾，則消息中的第一位指示它是否是DCI格式N0或N1。如果格式為N0，則表示NPUSCH傳輸機會，而如果格式為N1，則表示NPDSCH傳輸。
?如果CRC用SI-RNTI加擾，則它指示DCI格式N1，其包括包含SIB1-NB或其他SIB的NPDSCH。
?如果CRC用G-RNTI加擾，則它是DCI格式N1。如果CRC被P-RNTI或SC-RNTI加擾，則這指示DCI格式N2。
7.10.9.15空間復用和發送分集
不支持空間復用，而發送分集最多支持兩層。支持兩個天線端口。發送分集可以用于NPDSCH和NPBCH，以增加UE的消息接收的可靠性。發送分集在7.10.8.7節中說明。
7.11上行鏈路物理信道和結構
上行鏈路信道由以下物理信道組成：
??窄帶物理上行鏈路共享信道，NPUSCH。
??窄帶物理隨機接入信道，NPRACH。
除了以下物理信號：
??窄帶解調參考信號。
UE沒有NPUCCH。
7.11.1上行鏈路傳輸方案SC-FDMA
上行鏈路傳輸方案基于單載波FDMA（SC-FDMA）。 SC-FDMA還被描述為DFT擴展OFDM（DFTS-OFDM），其在上行鏈路OFDM調制器之前執行DFT預編碼。僅存在一個違反的循環前綴長度，其對應于每個時隙的七個OFDM符號。
?對于Δf= 15 KHz的子載波間隔，
??正常循環前綴：TCP = 5：2 us（OFDM符號＃0），TCP = 4：7 us（OFDM符號＃1至＃6）。
??Ts = 1 =（2048×Δf）。
對于Δf= 3:75 KHz副載波間隔，
??正常循環前綴：TCP = 8：3 us（OFDM符號＃0至＃6）。
??Ts = 1 =（8192×Δf），其中Ts是OFDM符號的采樣時間。
UE使用單音傳輸和多音傳輸。對于單音傳輸，有兩個命理：3.75和15KHz子載波間隔。
?在頻域中，資源塊不受限制，而是反過來RU。如果上行鏈路子載波間隔Δf= 15KHz，則存在12個連續的子載波。如果上行鏈路子載波間隔Δf= 3:75KHz，則存在48個連續的子載波。表7.28總結了上行鏈路插槽配置。
表7.28上行插槽配置
| 子載波間隔(KHz) | 最大子載波數 | SC-FDMA 符號 | 時隙持續時間 (ms) |
| Δf = 3:75 | 48 | 7 | 2 |
| Δf = 15 | 12 | 7 | 0.5 |
圖7.22：Δf= 15 KHz的上行鏈路插槽。
圖7.23：Δf= 3.75 KHz的上行鏈路插槽。
?圖7.22和7.23分別示出了子載波間隔為15和3.75KHz的上行鏈路時隙持續時間和子載波數量。
?具有3.75KHz子載波間隔的單音傳輸被組織成具有2ms持續時間的時隙，每個時隙由位于時隙開始的七個符號組成。時隙邊界與幀結構類型1的子幀邊界對齊.3.75KHz子載波間隔的一個符號由275 us的符號持續時間（包括8：3 us的循環前綴）組成。由于2ms時隙具有7個符號，因此剩余的75μs的時隙是空的并且用作保護時段。
對于多音傳輸，存在12個連續的上行鏈路子載波，其上行鏈路子載波間隔為Δf= 15KHz。子載波可以被分組為3個，6個或12個連續子載波的集合。
?可調度用于具有UL-SCH傳輸的單音NPUSCH的RU被定義為用于16個時隙（32ms）的單個3.75KHz子載波或用于16個時隙（8ms）的單個15KHz子載波。
?可調度用于具有UL-SCH傳輸的多音NPUSCH的RU被定義為3個子載波，持續4ms;或6個子載波2 ms;或12個子載波1 ms。
?可調度用于具有ACK / NACK傳輸的NPUSCH的RU使用NPUSCH格式2.它被定義為單個3.75KHz副載波持續8ms或單個15KHz副載波持續2ms。
?可以在一個或多于一個RU上及時調度NPUSCH（UL-SCH）傳輸塊。
?表7.29總結了所使用的子載波的數量，時隙數，用于兩個子載波間隔的子載波間隔。圖7.24顯示RU由跨越16個時隙的單個子載波組成（對于Δf= 3：75KHz，時隙為2ms，對于Δf= 15KHz，時隙為0.5ms）。圖7.25顯示RU由跨越四個時隙的六個子載波組成。
7.11.2資源網格
資源網格與下行鏈路中使用的資源塊不同。對于Δf= 15KHz或Δf= 3：75KHz，上行鏈路時隙的形狀如圖7.22或7.23所示。它由時域中的七個SC-FDMA符號和頻域中的多個子載波組成。
?表7.29 NPUSCH格式
NPUSCH（KHz）（ms）每個時隙的SC-FDMA符號數
| NPUSCH 格式 | 子載波間隔(KHz) | 子載波數量 | 時隙數 | 總時隙持續時間(ms) | 每個時隙的SC-FDMA符號數 |
| 1 | 3.75 | 1 | 16 | 32 | ? ? ? 7 |
| ? ? 15 | 1 | 16 | 8 | ||
| 3 | 8 | 4 | |||
| 6 | 4 | 2 | |||
| 12 | 2 | 1 | |||
| 2 | 3.75 | 1 | 4 | 8 | |
| 15 | 1 | 4 | 2 |
圖7.24：用于Δf= 15 KHz的16個插槽的單音RU，如表7.29所示（總持續時間為8 ms）。
圖7.25：用于Δf= 15KHz的四個時隙的多音（六個子載波）RU，如表7.29所示（總持續時間為2ms）。
7.11.3 NPUSCH(窄帶物理上行共享信道)
NPUSCH用于傳輸上行鏈路傳輸塊。每個載波最多只傳輸一個傳輸塊。當MAC子層將傳輸塊（或MAC PDU）傳遞到PHY層以進行上行鏈路傳輸時，NPUSCH執行以下功能：
圖7.26顯示了處理上行鏈路信道的不同功能。
7.11.3.1 CRC計算
與第7.10.8.1節和NPDSCH相同，使用相同的CRC。
7.11.3.2 Turbo編碼
turbo編碼器是并行級聯卷積碼（PCCC），具有兩個八態成分編碼器和一個turbo碼內部交織器。 turbo編碼器的編碼率是1/3。 turbo編碼器如圖7.27所示。
圖7.26：上行鏈路信道處理。
圖7.27：速率為1/3的Turbo編碼器。
PCCC的傳遞功能是：
?
turbo編碼器的輸入位是b0; b1; b2; ::: ;; b B -1其中B是傳輸塊比特和CRC奇偶校驗比特。 turbo編碼器的輸出為s0 / k; p1 / k; p2 / k其中s是系統位，p 1 / k和p2 / k是第一和第二奇偶校驗位，k = 0; 1; 2; ::: ;; K-11，K = B + 4。
當開始編碼輸入位時，turbo編碼器的移位寄存器具有零的初始值。
7.11.3.3速率匹配
速率匹配塊類似于7.10.8.3節中用于NPDSCH的速率匹配塊，除了子塊交織器和比特收集和修剪使用不同的參數。
?turbo編碼器的輸出作為速率匹配模塊的輸入提供，如圖7.29所示。三個信息比特流，s0 / k; p1 / k;從turbo編碼器獲得的p2 / k被提供作為每個子塊交織器的輸入，每個子塊交織器分別交織它們。
將交錯的比特插入循環緩沖器中，首先插入系統比特，然后交替插入第二和第三個奇偶校驗比特，如圖7.28所示。比特選擇從循環緩沖器中提取連續比特，其范圍與分配給傳輸的資源塊中的可用資源元素的數量（即，軟緩沖區大小）相匹配。要提取的精確比特集取決于對應于從循環緩沖器中提取編碼比特的不同起始點的RV。 RV有四種不同的選擇。比特選擇的輸出序列用e0表示; e1; e2; ::: ;; e E -1，其中E是速率匹配位的數量。并非所有RV都用于NPUSCH，并且僅使用RV = 0或RV = 2。
圖7.28：具有冗余版本（RV）的循環緩沖區。
圖7.29：速率為1/3的turbo編碼器的速率匹配。
?表7.30ACK / NACK信道編碼
| ACK/NACK | ACK/NACK Codeword (b0 ; b1 ; b2 ; : : : ; b15) |
| 0 | 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 |
| 1 | 1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1 |
7.11.3.4 NPUSCH上的數據和ACK / NACK復用
如果UE要在NPUSCH上發送ACK或NACK而沒有UL-SCH上的任何數據，則根據表7.30對它們進行編碼。
7.11.3.5信道塊交織器
速率匹配器輸出，e0; e1; e2; ::: ;; e E -1，其中E是速率匹配比特的數量，是用于傳輸給定傳輸塊的編碼比特。速率匹配器輸出不包含用于控制傳輸的比特，例如ACK / NACK。速率匹配器比特被重新排序為由g0表示的輸出比特; g1; g2; ::: ;; g H -1，其中H = E = Qm，其中g是長度為Qm的列向量。 Qm是星座大小，π/ 2-BPSK為1，π/ 4-QPSK為2。
?提供數據位H作為塊交織器的輸入。 ACK / NACK編碼比特（即，ACK / NACK碼字）與來自塊交織器的交織數據比特組合，以提供由h0表示的比特序列; h1; h2; ::: ;; h H -1。
7.11.3.6加擾
代碼字，h0; h1; h2; ::: ;; h H -1，其中H是在碼字中發送的比特數在調制之前被加擾。作為X-OR運算，碼字乘以UE特定的加擾序列，產生加擾輸出h0; h1; h2; ::: ;; h H -1。
7.11.3.7調制
每個加擾碼字，h0; h1; h2; ::: ;;使用BPSK或QPSK調制h H -1，其對應于每個復值符號的一個比特或兩個比特。
?NPUSCH有兩種配置（或格式），如表7.29所示。 PUSCH格式1用于UL-SCH上的數據傳輸。 NPUSCH格式2用于上行鏈路控制信息（例如，HARQ ACK / NACK傳輸）。格式2總是具有一個子載波的RU，而與子載波間隔無關。與NPDSCH對應的ACK / NACK在NPUSCH上以單音傳輸發送，其中頻率資源和時間資源由下行鏈路授權指示。
?對于NPUSCH格式2，調制方案總是π/ 2- BPSK。對于NPUSCH格式1，如果RU是一個子載波，則可以使用π/ 2-BPSK或π/ 4-QPSK。格式1中的所有其他RU使用QPSK。
?表7.31顯示了可以使用的精確調制格式，其中可以使用π/ 4-QPSK和π/ 2-BPSK。這些調制方案的星座映射如圖7.30所示。 π/ 4-QPSK與QPSK相同，但對于奇數符號，星座移位角度為π/ 4。此外，π/ 2-BPSK與BPSK相同，但對于奇數符號，星座移位角度π/ 2。
表7.31 NPUSCH調制
| 傳輸信道 | 調制 |
| 格式1具有單個子載波 | π/2-BPSK, π/4-QPSK |
| 格式1具有多個子載波 | QPSK |
| 格式2具有單個子載波 | π/2-BPSK |
圖7.30：π/ 2-BPSK和π/ 4-QSPK星座圖。
7.11.3.8層映射
UE僅支持一層用于上行鏈路。在調制之后，碼字的調制符號被映射到一個層。復值調制符號，m0; m1; m2; ::: ;; m N -1，對于碼字映射到一層x0 / i = mi，其中i = 0; 1; 2; ::: ;; N sym -11。
7.11.3.9變換預編碼
符號數Nsym被分成多個組，每組由N個RU / sc調制符號組成，并且對應于一個SC-FDMA符號。 N RU / sc是子載波的數量，如表7.16所示。
?由于上行鏈路只有一個天線端口，因此調制符號直接映射到資源單元而無需任何預編碼。
7.11.3.10映射到物理資源
可以將一個或多個RU NRU分配給UE以用于其在NPUSCH上的上行鏈路傳輸。復數值符號的數量Nsym被映射到每個RU，首先從子載波開始，然后到每個SC-FDMA符號。符號被映射到每個RU的N個UL /時隙，然后重復NRep次。映射繼續到剩余的RU。
7.11.4 NPRACH
NPRACH用于隨機接入前導碼傳輸。 NPRACH使用3.75 KHz的子載波帶寬，由符號組組成。每個符號組都有一個循環前綴和五個符號，如圖7.31所示。
圖7.31：隨機訪問符號組。
表7.32符號組參數?
| 前導格式 | TCP (us) | TSEQ (ms) |
| 0 | 66 | 1.333 |
| 1 | 266 | 1.333 |
兩種前同步碼格式是固定的，格式0和格式1如表7.32所示，適用于不同的最大小區大小。對于格式1，五個符號具有TCP = 66 us的單個CP，對于格式2，具有TCP = 266 us.兩種格式的符號的持續時間是TSEQ = 1.333ms。因此，對于格式1和2，符號組分別為1.4和1.6ms。要使用的前導碼格式在系統信息中廣播。
?TCP = 266 us的長CP可用于半徑范圍為40 km的大型小區，TCP = 66 us的短CP可用于半徑范圍為10 km的小區。
前導碼由無間隙傳輸的四個符號組組成。每個符號組在單個子載波上發送，這些子載波以跳頻方式使用。符號組中的每個子載波在頻率上跳過一個或六個子載波。跳頻限于一組連續的12個子載波。可以在每次重復時使用相同的傳輸功率多次重復前導碼傳輸。圖7.32顯示了隨機訪問前導碼中四個符號組的跳頻模式。
?用于隨機訪問的過程和參數在6.3.2節中描述。在選擇第一子載波用于第一前導碼符號組的傳輸之后，用于接下來的三個碼元組的接下來的三個子載波由跳頻標準確定，該跳頻標準僅取決于第一子載波的位置。當重復符號組時，根據偽隨機跳躍標準選擇第一子載波，其中物理小區ID，PHY ID / CELL用作輸入。
?該跳頻標準保證子載波選擇產生跳頻方案，該跳頻方案可以在容量允許時適應來自UE的無沖突傳輸。前導序列建立在Zadoff {Chu序列上，該序列取決于子載波位置。在[36] - [38]中研究了隨機接入過程的性能研究及其可能的優化。
7.11.5解調參考信號
解調參考信號（DMRS）從UE發送到eNodeB。它在與NPUSCH相同的RU中傳輸。 DMRS在1或3個SC-FDMA符號上發送。對于NPUSCH格式1，SC-FDMA符號＃4和＃3分別用于3:75或15 KHz的子載波間隔，如圖7.33所示。對于NPUSCH格式2，并且在子載波間隔為3.75KHz的情況下，使用SC-FDMA符號＃0，＃1，＃2，而對于15KHz的子載波間隔，SC-FDMA符號＃2，＃3，＃4是用過的。 NPUSCH格式2如圖7.34所示。 DMRS未使用的其他子載波用于NPUSCH。
?
圖7.32：隨機接入前導碼的四個符號組的跳頻。
圖7.33：子載波間隔為（a）3.75 KHz和（b）15 KHz時NPUSCH格式1的DMRS。
圖7.34：子載波間隔為（a）3.75 KHz和（b）15 KHz時NPUSCH格式2的DMRS。
7.11.6上行鏈路功率控制
用于NPUSCH的UE發送功率基于NPUSCH的重復次數是否小于或大于兩次重復。如果NPUSCH重復是2或小于2，則UE使用該等式來計算小區的時隙n中的NPUSCH功率：
?
否則，如果重復次數大于2，則UE使用該等式
P（n）= PMAX（n）dBm;
哪里
??PMAX（i）是時隙n中的小區特定最大發射功率。
??對于15KHz的子載波間隔，M（n）等于f1 / 4g，對于15KHz子載波間隔，M（n）等于f1,3,6,12g的單個值。
??PO是由RRC用信號通知的不同參數的組合，其取決于傳輸塊是用于UL-SCH數據（j = 1）還是用于RACH授權消息（j = 2）。
??ɑ（j）是RRC為NPUSCH格式1提供的路徑損耗因子;否則，它的固定值為1。
??PL是由UE以dB為單位測量和估計的路徑損耗。路徑損耗因子用于表示路徑損耗應補償的強度。
7.12 PHY子層數據速率
表7.33顯示了PHY子層的最大數據速率。由于PHY子層的重復，CRC開銷和PHY / MAC / RLC / PDCP子層的PDU報頭開銷，應用層的數據速率經歷了顯著的較低速率。
?如果沒有重復，則可以實現PHY子層的最大數據速率。在下行鏈路中，子幀中的一個傳輸塊傳輸產生最大下行鏈路數據速率。類似地，對于上行鏈路，在多個時隙配置內的一個傳輸塊傳輸產生最大上行鏈路數據速率。
?對于下行鏈路，如表7.24所示，當資源分配ISF = 5時，可以實現1544比特的單個傳輸塊大小.ISF = 5表示子幀的數量NSF等于6（6ms）用于傳輸此傳輸塊大小（表7.22）。重復子數NRep等于1，這意味著傳輸塊只傳輸一次而沒有其他重復。
對于上行鏈路，當Δf= 15 KHz時，表7.18表明當資源分配時，可以實現1544比特的單個傳輸塊大小，IRU = 5.IRU = 5表示RU的數量NRU等于6（6 ms）用于傳輸此傳輸塊大小（表7.14）。重復子數，NRep等于1，這意味著傳輸塊只傳輸一次而沒有其他重復。如表7.29所示，使用12個子載波和2個時隙的配置也可以實現Δf= 15KHz的最大上行鏈路數據速率。
?對于上行鏈路，當Δf= 3.75 KHz時，表7.18表明對應于TBS索引，IT BS = 10和資源分配IRU等于4，可以實現872比特的單個傳輸塊大小。這是因為Δf = 3:75 KHz，子載波數量為1，最大TBS指數IT BS為10（表7.17）。 IRU = 4表示傳輸此傳輸塊大小的RU數NRU等于5（表7.14）。當Δf= 3.75 KHz時，上行鏈路時隙使用1個子載波，16個時隙的配置，每個時隙為2 ms，如表7.29所示，從而產生16 x 2 x 5 = 160 ms的傳輸塊大小的持續時間872位。
?表7.33下行鏈路和上行鏈路的最大PHY數據速率
| NPUSCH 數據速率 (Kbps) | NPUSCH數據速率 Δf = 15 KHz (Kbps) | NPDSCH 數據速率Δf = 3:75 KHz (Kbps) |
| 257.3 | 257.3 | 5.5 |
值得注意的是，如表3.29所示，Cat-NB1 UE的最大傳輸塊大小分別為680位和1000位，用于下行鏈路和上行鏈路。對于下行鏈路或上行鏈路，Cat-NB2 UE的最大傳輸塊大小為2536比特。然而，Cat-NB1和Cat-NB2的最大PHY數據速率類似，盡管Cat-NB2 UE具有比Cat-NB1 UE更大的傳輸塊大小。這是因為這種較大傳輸塊大小所需的下行鏈路子幀（或上行鏈路RU）的數量也隨時間增加，從而限制了最大PHY數據速率的增加。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的5G LTE窄带物联网(NB-IoT) 10的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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