深扒 NB-IoT（7）| NB-IoT 容量增强&低成本特性
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 3tone、6tone 和 12tone 这 3 种场景，分别代表 eNodeB 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。详见具体的信令流程：
从上面的信令可以看出来，需要 UE 上报，eNodeB 来进行资源分配。
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
3GPPR13 的定义了多载波技术。通过增加单小区下的载波数目，将用户分配到其它载波上传输数据，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。
多载波部署的场景如下：
当 UE 在 anchor 载波接入时，基站根据 UE 能力（包括 Msg3 中的多载波能力指示）判断 UE 是否支持多载波，如果支持，基站会将 UE 优先分配到利用率较低的载波上，若负载相近，则优先分配到 non-anchor 载波。具体信令如下：
当 anchor 载波利用率较高时通过 RRC 信令（RRCConnectionSetup-NB、RRCConnectionResume-NB、RRCConnectionReestablishment-NB）将 UE 指配到 non-anchor 载波上传输数据。
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，举个简单例子，一条窄窄的马路，同时只能有一辆车通过，当目前有两量车对开，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。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与接收，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。此块部分详见前几次博文。
◢简化信道：去除了 PHICH、PCFICH、PUCCH 等信道。如下图，与 LTE 进行了对比。
下行取消了 PCFICH、PHICH 后将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（还记得 LTE 中常说到的 PDCCH 盲检 44 次吗？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(TransportBlock) 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。这里关于传输块是如何影响峰值速率将在物理层部分做详细讲解。
◢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（谁在乎啊，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。
这里梳理下以上的逻辑，归纳一下就是带宽小、速率低、信道简化这三个主要因素将减小芯片成本。
低成本关键特性 3：新硬件结构，裁剪不必要的硬件
❶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）
❷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
❸FD 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（这在上一章节已经详细阐述过）
❹低采样率，低速率，可以使得缓存 Flash/RAM 要求小（28 kByte）
❺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）
❻直接砍掉 IMS 协议栈，这也就意味着 NB 将不支持语音（注意实际上 eMTC 是可以支持的）
如下图就是CAT-4终端和NB-IoT终端硬件结构上的对比：
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