深扒 NB-IoT（4）| NB-IoT 协议栈和物理层（二）

上一讲给大家介绍了NB-IoT上行物理层，这一讲继续介绍下行物理层。

下行物理信号分为:NRS,NSS,NPRS

下行物理信道分为:NPBCH,NPDSCH,NPDCCH

一、NRS: Narrowband reference signal 窄带参考信号

为了提高覆盖，新增NRS，即NB-IoT的CRS包括两部分：

一部分是原LTE CRS，即下图的红色和橙色 图块；

另一部分是新增的 NRS，即下图的紫色和黄色 图块；

在普通CP下，NRS的位置：

时域位置：天线口2000和2001的参考信号在每个Slot的第6个和第7个OFDM符号处

频域位置，单端口每6个子载波插 入一个参考信号。双端口每三个子载波插 入一个参考信号。

频域位置除了与天线端口（防止小区内不同天线间干扰）和时域位置有关，还与小区物理ID有关，以使相邻同频小区之间参考信号位置错开，避免干扰。 

二、NSS: Narrowband synchronization signal 窄带同步信号

NPSS/NSSS用于UE和基站间的同步，同步信号包括NPSS（NB主同步信号）和NSSS（NB辅助同步信号）两种。

NPSS用于小区检测、子帧和符号级的同步，载波和频率采样的频率同步；

NSSS用于无线帧级别时间同步和物理小区指示。

NPSS发送周期为10ms，固定在每个无线帧的5#子帧发送。

NSSS发送周期为20ms，固定在20ms周期最后无线帧的9#子帧发送。

UE与网络进行同步，需要解调NPSS和NSSS的信息。

如上图所示：

 NPSS占用每个无线帧的#5子帧，周期为10ms

 NSSS占用偶数帧的#9子帧，周期为20ms

 避让LTE传统PDCCH 资源

 NPSS/NSSS被LTE-CRS打孔

三、NPBCH:Narrowband Physical Broadcast Channel 窄带物理广播信道

NPBCH主要用于广播MIB消息，周期为640ms，8次重复，固定在每个无线帧的0#发送。

每个80ms周期内，传输的数据相同，但是编码不同。

MIB消息长度不超过34bits，加上CRC校验16bits，实际传输数据不超过50bits，信道编码和速率匹配之后输出1600bits。

从图中可以看出NPBCH在1个PRB内占用100 个RE，由于QPSK 调制方式，每个RE 存放2Bit信息，就可以放100*2=200Bits，由于640ms内8次传输（重复），故640ms内的数据传输块为1600Bit（200*8=1600）

上图所示：

 NPBCH第一次传输在满足每个无线帧的#0子帧，周期为640ms

 避让LTE传统PDCCH资源

 NPBCH被LTE-CRS和NRS打孔

给一个NPBCH 的64次发送的全景图：

0号~7号无线帧，为NPBCH 的第一块，并重复发7次。

8号~15号无线帧，为NPBCH的第二块，并重复发7次，一次类推。

四、NPDCCH:Narrowband Physical Downlink Control Channel 窄带物理下行控制信道

1）NPDCCH和NPDSCH是共享资源的，他们的时频域位置都是在哪里呢？

上图第三行图为半个NPBCH 周期，连续的40ms，共计4 个下行无线帧，每个无线帧有10个子帧，一共40个子帧，需要刨去以下子帧：

1） 淡蓝色的 NPBCH子帧4个，每个10ms一个；

2） 深蓝色的 NPSS子帧4个，每个10ms一个；

3） 橙色的NSS子帧2个，每20ms一个；

4）还有NB SIB1。

刨去上面4个子帧以后，剩下30个子帧，就是上图图中白色的子帧，

但是这白色的子帧还需要刨去LTD PDCCH，LTE CRS，NB RS的位置，

最后身下所有的白色部分才是NPDCCH和NPDSCH的部分。

2）补充：NPDSCH的部分有些子帧是承载NB-SIB1消息的

NB-SIB1 资源固定映射在4号子帧，根据周期和重复次数以及PCID确定具体占用的帧号，避让LTE传统PDCCH资源。

从上图看出来Standalone，Guard band和In band的SIB1的部分还是有不同的地方，就是In band需要考虑避让LTE的PDCCH和CRS。

3）既然NPDCCH和NPDSCH是共用的，那复用方式又是如何的？

NPDCCH和NPDSCH之间，TDM复用；

覆盖等级1和覆盖等级2的NPDCCH之间，通过TDM复用；

覆盖等级0的NPDCCH之间，也可以使用FDM模式；

如下图：

4）NPDCCH资源映射单位NCCE

一个PRB对内下面6个子载波分配各NCCE0，上面6个子载波分配给NCCE1

NPDCCH format(等效于LTE中聚合等级)

在一个子帧中，NPDCCH占用12个子载波，承载DCI信息的颗粒度不是REG，而是使用CCE。这里的CCE和LTE的定义不同，CCE大小为半个PRB pair，其中频域（子载波）编号较高的6个子载波作为一个CCE，频域（子载波）编号较低的6个子载波作为另一个CCE。CCE聚合等级支持两种，即AL=1CCE和AL=2CCE。其中组成AL=2的两个CCE位于相同子帧，并且重复传输仅支持AL=2。鉴于NB-IoT基本上都利用重复传输技术来进行覆盖增强，所以CCE聚合等级大部分采用AL2。

 CSS而言，聚合级别都是2；USS而言，覆盖等级0的初始聚合级别为AL=1； 覆盖等级1/2的初始聚合级别为AL=2.

4） NPDCCH 调度

一句话阐明NB-IoT与LTE调度上的不同：NPDSCH 跨子帧调度，请看下图：

5） NPDCCH CCE搜索空间

NPDCCH和LTE一样，存在公共搜索空间和UE专用搜索空间。

公共搜索空间的配置信息在SIB2；

专用搜索空间通过RRC信令通知给UE。

三类CCE 搜索空间的作用如下：

UE 专用搜索空间（USS）：用户上下行数据传输调度信息

Type1 公共搜索空间（CSS1）：寻呼调度信息

Type2 公共搜索空间（CSS2）：RAR/Msg3 retransmission/Msg4 调度信息

UE根据NPDCCH的调度信息，确定NPDCCH的资源位置，同时结合可能的candidate set，进行盲检，得到UE所需要的NPDCCH信息。

UE不同时搜索CSS1 ，CSS2和USS中的任何2个，即UE一次只搜索一个NPDCCH空间，UE侧L1根据上层指示的加扰方式，根据对应关系在对应的搜索空间中检测NPDCCH的 DCI信息。

6） NPDCCH调度周期

NPDCCH 调度周期 NPDCCH Period T=Rmax*G，且2048>T>=4。

周期因子 G ：{1.5,2,4,8,16,32,48,64}； 

最大重复次数 Rmax :  (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024,2048)

各覆盖等级 NPDCCH的 Rmax 和 G 单独配置，得到每个覆盖等级的周期（Period0， Period01， Period02），用于控制每个覆盖等级 NPDCCH资源

我看根据图片看几个例子：

例 1：覆盖等级 NPDCCH 周期设置相同：512ms, (NPDCCH0： Rmax=8,G=64，NPDCCH1： Rmax=32, G=16，NPDCCH2： Rmax=128, G=4)

例2：覆盖等级 NPDCCH周期设置不同：NPDCCH0：128ms(Rmax=8,G=16)，NPDCCH1：256ms(Rmax=32, G=8)，NPDCCH2：512ms(Rmax=128, G=4)

五、NPDSCH:Narrowband Physical Downlink Shared Channel 窄带物理下行共享信道

下行采用 QPSK调制方式

下行传输块 TB 分配： 

频域 12 子载波（180KHz）

时域 1ms（1 子帧）

下行单次调度最多分配 10个子帧，承载 680bits 数据

NPDSCH 两种调度模式：

连续模式， UE 接收到 NPDCCH的DCIN1/DCIN2 下行调度在子帧 n 结束，那么 UE 会在至少隔 4个下行子帧开始接收 N(N=Nrep*Nsf) 个连续下行子帧的NPDSCH 数据。

非连续模式

注：如果下行资源被分配给一个增强覆盖类型终端设备的NDPCCH 和其调度的NPDSCH 连续占用，此时在上述载波上的其他终端设备，尤其是非增强覆盖类型终端设备的下行业务传输会被阻塞，并且其他终端设备的上行授权也会被阻塞，进而导致上行资源的浪费，因此会引入一个 Gap。

至此深扒 NB-IoT 物理层全部讲完啦，下一期我们来聊聊NB-IoT 现有的一些特性。