標準NB-IoT中的裝置可以使用一節普通電池工作長達10年。由於什麼？我們收集了有關此技術的所有重要資訊。在本文中，我們將從無線接入網路體系結構的角度討論其特性，在第二部分中討論在NB-IoT期間發生的網路核心的變化。



NB-IoT技術從LTE繼承了很多 - 從無線電訊號的物理結構到架構。所有內容都不能列在一篇文章中，因此我們將嘗試專注於建立此技術的主要功能。那麼：

NB-IoT在無線接入網路架構方面有什麼區別？

首先，我們回想一下關於LTE的重要事項：

對於LTE訊號，使用具有15kHz的子載波間隔的OFDM通道的劃分原理。在DL（下行鏈路，來自BS的方向）中，使用OFDMA，並且在UL（上行鏈路，到BS的方向）中，使用SC-FDMA。LTE中的整個載波被劃分為資源塊（資源塊，RB），每個資源塊由12個子載波和12x15kHz = 180kHz的佔用頻帶的總寬度組成（圖1）。每個資源塊被分成12×7 = 84個資源元素（資源元素，RE）。

圖1。資源塊，資源元素

為了實現高小區吞吐量，QAM256的高調製階數用於UL中的DL和QAM64。此外，MIMO2x2和MIMO4x4技術將用於相同的目的。

無線電訊號NB-IoT的特點：

NB-IoT中最重要的是能夠在較低訊號電平和高噪聲水平下工作，以及節省電池電量。NB-IoT還設計用於傳輸短訊息，並且不需要從其傳輸音訊 - 視訊內容，大型檔案和其他內容。

在此基礎上，在物理層面上，某些特徵有助於提供必要的特徵：

1. NB-IoT的總頻帶限制為一個RB 180 kHz寬;

2. 使用者裝置的無線電路徑只有一個天線，接收器和發射器;

3. 傳送和接收在時間上分開，即 這基本上是半雙工;

4. 在一個子載波上以UL方向傳送的能力;

5. 使用的調製型別僅限於BPSK和QPSK;

6. 重複增強發射訊號（覆蓋增強）。

下面我們將更詳細地關注其中一些。

在一個RB，一個天線和半雙工傳輸模式中使用窄帶允許您簡化裝置並實現：

• 降低處理器功率要求;

• 減少能源消耗;

• 尺寸減小;

• 更便宜的裝置。

射頻分配：

對於NB-IoT，幾乎所有與“低”頻段中的2G / 3G / 4G相同的頻段都可以使用。它們是B20（800MHz），B8（900MHz），B3（1800MHz）。由於訊號衰減較大，使用“較高”頻率是沒有意義的。為NB-IoT分配頻率資源

有三種方法：

1。獨立。

專用頻道寬度為200 kHz。這個選項對NB-IoT的工作最有效，但也是最昂貴的。事實是，在這種情況下，可能需要300至600kHz的非常有價值的頻譜以及保護間隔。在這種情況下，與其他技術的相互干擾很小（圖2）。

圖。2.將NB-IoT置於獨立模式的選項。

2.帶內

在這種情況下，為現有LTE載波內的NB-IoT分配資源，但是與LTE資源塊相比，NB-IoT載波的功率增加了6dB。該選項非常適合於節省頻率資源，但存在與LTE網路相互影響的問題（圖3）。



圖。3.將NB-IoT置於帶內模式。

3.護衛隊

在這種情況下，NB-IoT以所謂的保護間隔開始。例如，在LTE10MHz頻帶中，500kHz的自由頻譜用作保護間隔。與更長距離的帶內模式一樣，與LTE資源塊相比，NB-IoT載波的功率增加了6-9 dB（圖4）。該用例允許您同時節省頻率資源並減少與LTE網路的相互影響，儘管在這種情況下LTE的帶外發射引數惡化。



圖。4.將NB-IoT置於保護頻帶模式。

在一個子載波上以UL方向傳輸的能力：

如果在LTE中，由一個或多個RB組成的資源組的塊被分配給訂戶，則在NB-IoT中，最小單元是RE - 無線電資源的部分被切換到訂戶。因此，裝置可以在15kHz的一個子載波上在UL中傳送訊號。同時，現在對於NB-IoT，在UL方向上將RB劃分為在3.75kHz處的48個子載波已經被標準化。在這種情況下，資源元素的持續時間是四倍，因此，時隙最多為2毫秒，因此它們的資訊容量不會改變（圖5）。



圖5。資源要素。

在15kHz的單個子載波上的窄帶中的訊號傳輸，甚至在3.75kHz的訊號傳輸，可以顯著地增加訊號的頻譜密度，並因此顯著地增加信噪比，這對於具有比基站強大得多的發射機的使用者裝置非常重要。此外，在NB-IoT以及LTE中，使用者裝置的功率限制為23dBm（200mW）。

同時，如果無線電條件允許，為了減少有效傳輸模式的時間，並相應地節省電池，則可以同時在多個子載波上進行傳輸。一個子載波上的傳輸具有單音傳輸模式的名稱，並且具有多個 - 多音調（這些是15kHz的3,6或12個子載波）。圖6示出了從資源元素（資源單元，RU）形成資源單元的各種變體。



圖6。資源單位（RU）。

RU是下一個較大的磚塊，從中形成傳輸塊（傳輸塊，TB），分配給使用者。在一個TB中可以是一到十個RU。然而，取決於所使用的調製編碼方案（MCS），取決於訊號的質量，每個TB可以包含不同量的有用資訊。當然，NB-IoT中的TB大小比LTE中的小得多，並且在DL中為680位元且在UL（Rel.13 3GPP）中為1000位元。此標準中也只有一個HARQ程序（混合自動重複請求），因此下一個TB只能在確認接收到之前的TB後才能傳送。在3GPP的版本14中，傳輸塊大小增加到2536位元和雙HARQ，其允許兩個傳輸塊連續傳輸。

覆蓋範圍增強：

NB-IoT的另一個特徵是覆蓋增強功能，其通過連續重複傳送的訊號來實現。在接收不成功的情況下，不應將該機制與分組的重傳混淆;在覆蓋增強的情況下，在接收到所有重複的訊息之後發生接收訊號成功的決定（圖7）。所有物理通道NPDCCH，NPDSCH，NPRACH和NPUSCH（這裡N是窄帶字首）都可以重複。



圖。7.在NB-IoT中重複

該標準定義了三個階段，稱為覆蓋級別0,1和2.重複次數可以變化很大，並且針對每種型別的物理通道及其格式單獨設定。例如，該標準規定UL中有用訊號的值最高為128，DL最高為2048.實際上，一切都取決於為操作模式（獨立，帶內/保護頻帶）優化的網路設定，訊號質量和其他條件。中繼器允許您以低得多的信噪比解碼訊號，理論上高達10 dB及以下。

所有這些 - 使用更窄的頻寬和覆蓋範圍增強 - 使您最終可以實現相對於GSM 20 dB的臭名昭著的增益。

NB-IoT的傳輸速率

一般而言，如上所述，物聯網本身的原理並不意味著與裝置進行重要的資訊交換，因此，這些值是非常有條件的。首先，它們只有在良好的訊號質量下才能實現。其次，信令交換（包括DCI kahal的指定和ACK接收的確認）不適用於LTE，以獲得最大速度。第三，如果裝置僅傳送一個或兩個短訊息，則在這種情況下，傳輸速度的含義並不完全明確。但是不要說這裡的速度是不可能的。例如，圖8示出了使用者的DL計算速度。



圖8。DL傳輸速率

該圖顯示在NB-IoT中，與LTE不同，使用者裝置不能佔用整個可用的無線電資源。並且BS無線電資源的其餘部分可用於與其他裝置通訊。UL的情況類似（圖9）。



圖9。UL轉移率。

因此，雙HARQ的使用和傳輸塊本身的增加的大小高達2536位元（版本14 3GPP），允許增加DL中的傳輸速度和UL中的傳輸速度高於100kbit / s。
這就是全部 - 如果我們從無線接入架構的角度討論主要功能，而不是遠遠不夠。希望它有所幫助。很快 - 在下一篇文章中 - 我們將告訴您核心網路（核心網路）如何隨NB-IoT而改變。我們希望得到反饋。