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　　ﻫNB－IｏT正是为了应对第③种物联网设备而生。ﻫﻫＮB-ＩoＴ源起于现阶段物联网的以下

　　•支持大规模连接，10０K终端/200KHｚ小区ﻫﻫ•超低功耗，１０年电池寿命

　　ﻫ•确保整个系统的安全性,包括核心网。ﻫﻫ•支持IP和非IP数据传送。ﻫ

　　•支持短信（可选部署)。ﻫﻫ对于现有LTE网络,并不能完全满足以上需求。即使是LTＥ－Ａ,

　　关注的主要是载波聚合、双连接和D２D等功能，并没有考虑物联网。ﻫﻫ比如,在覆盖上，

　　以水表为例，所处位置无线环境差，与智能手机相比,高度差导致信号差4ｄB，同时再盖上

　　在大规模连接上,物联网设备太多，如果用现有的ＬＴE网络去连接这些海量设备,会导致网

　　此外,NB-ＩｏT有自己的特点,比如不再有QoS的概念，因为现阶段的NB-IｏＴ并不打算传

　　送时延敏感的数据包,像实时IMS一类的设备,在NＢ－IoＴ网络里不会出现。

　　ﻫ因此，3GPP另辟蹊径，在Rｅｌeaｓe1３制定了NB-IｏＴ标准来应对现阶段的物联网需

　　求，在终端支持上也多了一个与NB－IoT对应的终端等级——caｔ－NＢ１。ﻫﻫ尽管NＢ-I

　　ｏＴ和ＬTE紧密相关,且可集成于现有的LＴE系统之上，很多地方是在ＬTＥ基础上专为物

　　为了将物联网数据发送给应用,蜂窝物联网（CIｏT）在EＰS定义了两种优化方案：ﻫﻫ•CIoT

　　ﻫ如上图所示，红线表示CIoTEPS控制面功能优化方案，蓝线表示CIoＴEPS用户面功

　　能优化方案。ﻫﻫ对于CIoTEＰS控制面功能优化，上行数据从eNB(CＩoTＲAN）传送至

　　MME，在这里传输路径分为两个分支：或者通过SGW传送到PGＷ再传送到应用服务器,或

　　Ｓｅrｖiceｓ)，后者仅支持非ＩP数据传送。下行数据传送路径一样，只是方向相反。

　　这一方案无需建立数据无线承载,数据包直接在信令无线承载上发送。因此，这一方案极适

　　ﻫSCEＦ是专门为NB－ＩoT设计而新引入的，它用于在控制面上传送非IP数据包,并为鉴权

　　对于CIoTEPＳ用户面功能优化,物联网数据传送方式和传统数据流量一样，在无线承载上

　　发送数据，由SGW传送到PGW再到应用服务器。因此,这种方案在建立连接时会产生额外

　　eNB通过S1接口连接到MME/S-ＧW,只是接口上传送的是ＮB-IoＴ消息和数据。尽管NＢ-I

　　ｏＴ没有定义切换，但在两个ｅNB之间依然有Ｘ2接口，X2接口使能UE在进入空闲状态

　　后,快速启动ｒeｓｕｍｅ流程,接入到其它eNB（ｒesume流程将在本文后面详述)。

　　1．3频段ﻫﻫＮB-IoT沿用LＴE定义的频段号，Ｒｅleasｅ13为NB－IｏT指定了１4个

　　NB-IoＴ占用180KHz带宽,这与在LTE帧结构中一个资源块的带宽是一样的。所以，以下三

　　2０0KHz,这刚好为NＢ-IoT180ＫHz带宽辟出空间,且两边还有10ＫＨz的保护间隔。ﻫ

　　ﻫCELｅｖｅl,即覆盖增强等级(ＣovｅragｅEｎｈanceｍeｎtLｅvｅl)。从０到２，CEＬ

　　ｅｖｅl共三个等级,分别对应可对抗１４4dB、１５４dＢ、164dＢ的信号衰减。基站与NB

　　－IoT终端之间会根据其所在的CＥLevel来选择相对应的信息重发次数。ﻫ

　　半双工设计意味着只需多一个切换器去改变发送和接收模式，比起全双工所需的元件,成本

　　在Ｒelease12中，定义了半双工分为tｙpeＡ和ｔypeＢ两种类型,其中ｔypｅB为Cａ

　　t.0所用。在typｅA下，UＥ在发送上行信号时,其前面一个子帧的下行信号中最后一个S

　　ｙmboｌ不接收,用来作为保护时隙（ＧｕardPeｒiｏd，ＧP），而在typｅB下,ＵE在发

　　送上行信号时，其前面的子帧和后面的子帧都不接收下行信号,使得保护时隙加长，这对于

　　ﻫ２.２下行链路ﻫﻫ对于下行链路,NB-IoT定义了三种物理信道:ﻫﻫ1)NPBCH,窄带物理广播

　　ﻫ3）NＰDSCH,窄带物理下行共享信道。ﻫﻫ还定义了两种物理信号：ﻫﻫ1）NRＳ,窄带参考

　　2）NPSS和NＳSS，主同步信号和辅同步信号。ﻫﻫ相比LTE,NB－IoT 的下行物理信道较少，

　　ＭIB 消息在NＰBＣH 中传输，其余信令消息和数据在ＮPDＳCH 上传输,NＰＤCCH 负责控

　　制UE 和eNB 间的数据传输。ﻫﻫNB-IoT 下行调制方式为QPSＫ。ＮＢ-IoT 下行最多支持两

　　ﻫ和ＬＴE 一样，NB-ＩｏT 也有 PCI（Ｐhyｓicaｌ Cｅｌl ＩＤ，物理小区标识）,称为 N

　　和 LＴE 循环前缀（Normaｌ CP）物理资源块一样，在频域上由 12 个子载波(每个子载波

　　宽度为 15KHｚ)组成,在时域上由７个 OFDＭ符号组成 0.5mｓ的时隙，这样保证了和 LTE

　　每个时隙０.5ｍｓ，2 个时隙就组成了一个子帧(SＦ）,10 个子帧组成一个无线帧（RＦ）。

　　的帧结构,依然和ＬTＥ一样。ﻫﻫＮRＳ（窄带参考信号）ﻫﻫＮRS（窄带参考信号），也称为

　　导频信号,主要作用是下行信道质量测量估计,用于 UE 端的相干检测和解调。在用于广播和

　　下行专用信道时,所有下行子帧都要传输NRS，无论有无数据传送。ﻫﻫNB－IoＴ下行最多支

　　持两个天线端口,NＲS 只能在一个天线端口或两个天线端口上传输，资源的位置在时间上与

　　相同,这样在带内部署(In－Band Ｏpｅration)时,若检测到 CＲＳ，可与ＮRS 共同使用来做

　　NPSS 为NB-IoT UE 时间和频率同步提供参考信号，与LTE 不同的是，NPＳS 中不携带任何

　　小区信息,NＳＳＳ带有PCI。NＰＳS 与NSSS 在资源位置上避开了LTE 的控制区域,其位置

　　ﻫＮＰSS 的周期是10ｍs,ＮＳSＳ的周期是2０ms。NB-ＩoT UE 在小区搜索时，会先检测

　　NＰSS,因此NPＳS 的设计为短的ZＣ(Zadoff-Chｕ）序列，这降低了初步信号检测和同步的

　　其余系统信息如ＳIB1－ＮB 等承载于NPDSCH 中。SIＢ１-NB 为周期性出现,其余系统信息

　　和LTE 一样，ＮB-ＰBCH 端口数通过ＣRＣ mask 识别,区别是ＮB-IOT 最多只支持2 端口。

　　的资源分配和其他的控制信息。UE 需要首先解调ＮPＤCCＨ中的 DCI,然后才能够在相应的

　　资源位置上解调属于UE 自己的NPDSCＨ（包括广播消息，寻呼,ＵE 的数据等）。NPDCCＨ

　　包含了UＬ grant,以指示UE 上行数据传输时所使用的资源。ﻫﻫＮＰDCCH 子帧设计如下图

　　▲浅绿色和深绿色代表 NPＤCCＨ使用的 RＥ，紫色代表 LＴＥ CRＳ,蓝色代表 NＲＳ。上

　　NPDCCH 的符号起始位置:对于in-band，如果是ＳIB 子帧,起始位置为3,非SIB 子帧，起始

　　位置包含在ＳIB2-NＢ中；对于ｓtand-ａlｏne 和Guａrd banｄ,起始位置统一为0。

　　期性出现。ＮＰDCＣH 有三种搜索空间(Seaｒcｈ Space），分别用于排程一般数据传输、

　　Randoｍ Ａｃｃess 相关信息传输,以及寻呼（Pａging)信息传输。

　　各个Sｅaｒch Spacｅ有无线资源控制(RRC）配置相对应的最大重复次数Rmaｘ，其Seａ

　　ｒｃh Sｐace 的出现周期大小即为相应的Ｒｍaｘ与RRＣ层配置的一参数的乘积。

　　RRＣ层也可配置一偏移(Ｏfｆseｔ)以调整Ｓeaｒcｈ Sｐace 的开始时间。在大部分的搜索

　　空间配置中，所占用的资源大小为一PRB,仅有少数配置为占用6 个Suｂcａrｒｉer。ﻫ

　　一个DCI 中会带有该DCI 的重传次数，以及DCＩ传送结束后至其所排程的ＮPＤSCH或NPU

　　ﻫＮＰDSCＨ是用来传送下行数据以及系统信息,ＮPＤＳＣH 所占用的带宽是一整个PRB 大

　　小。一个传输块(Trａnｓporｔ Block, TＢ）依据所使用的调制与编码策略(MCS)，可能需要

　　使用多于一个子帧来传输，因此在ＮＰDCCＨ中接收到的 Doｗnｌink Assｉgnmeｎt 中会

　　1）DMRＳ，上行解调参考信号。ﻫﻫNB-IｏＴ上行传输信道和物理信道之间的映射关系如下

　　ＮB-IoT 上行使用ＳC-FDMＡ,考虑到 NＢ－IｏT 终端的低成本需求，在上行要支持单频(S

　　ｉngle Toｎe)传输，子载波间隔除了原有的1５KHz，还新制订了3．75KHz 的子载波间隔，

　　共48 个子载波。ﻫﻫ当采用15KＨz 子载波间隔时,资源分配和LTE 一样。当采用3．75KHz

　　１5ＫHz 为3.７５ＫHz 的整数倍,所以对LＴＥ系统干扰较小。由于下行的帧结构与LTＥ相

　　同,为了使上行与下行相容，子载波空间为３.７５KHz 的帧结构中，一个时隙同样包含7 个

　　Syｍbｏl,共2mｓ长，刚好是LTＥ时隙长度的４倍。ﻫﻫ此外，NB－IoＴ系统中的采样频率

　　NＰUＳＣＨﻫﻫＮPUSCH 用来传送上行数据以及上行控制信息。NPUSCH 传输可使用单频或

　　映射到传输快的最小单元叫资源单元（RＵ，reｓource uniｔ),它由NPUSCH 格式和子载波

　　有别于LTE 系统中的资源分配的基本单位为子帧，NB-IoＴ根据子载波和时隙数目来作为资

　　ormat 1，ﻫﻫ当子载波空间为3.75 kＨｚ时,只支持单频传输，一个RU 在频域上包含1 个子

　　ﻫ当子载波空间为１5kHz 时，支持单频传输和多频传输，一个RU 包含1 个子载波和16 个

　　时隙,长度为8ms;当一个RU 包含12 个子载波时,则有2 个时隙的时间长度，即1ms,此资源

　　单位刚好是ＬTE 系统中的一个子帧。资源单位的时间长度设计为２的幂次方，是为了更有

　　效的运用资源,避免产生资源空隙而造成资源浪费。ﻫﻫ对于NPUSＣH fｏrmaｔ 2,ﻫﻫRＵ总

　　是由1 个子载波和４个时隙组成,所以,当子载波空间为３.75 kHz 时,一个RU 时长为8ms;当

　　由于一个 TB 可能需要使用多个资源单位来传输,因此在 NPＤCCH 中接收到的Ｕplinｋ Gr

　　ａｎt 中除了指示上行数据传输所使用的资源单位的子载波的索引（Iｎdex）,也会包含一个

　　Assｉgｎmeｎｔ)中指示,重传次数则由ＲＲＣ参数配置。ﻫﻫDMRＳﻫ

　　▲NＰＵSCＨ formａt １。上图中，对于子载波空间为15 kHz ，一个RU 占用了6 个子

　　ﻫ▲NＰUSCH ｆｏrｍat 2，此格式下,ＲU 通常只占一个子载波。ﻫﻫNＰRAＣH

　　ｃcｅsｓ Preaｍble 是单频传输（３．75KHｚ子载波）,且使用的Ｓymbol 为一定值。一次

　　基站会根据各个CE Level 去配置相应的NPＲＡCH 资源,其流程如下图：

　　来决定CE Ｌeｖel，并使用该ＣE Ｌevｅl 指定的NＰRAＣＨ资源。一旦Ｒandom Aｃｃ

　　eｓs Pｒeａmblｅ传送失败，NB-IｏＴ终端会在升级ＣＥ Ｌevel 重新尝试，直到尝试完

　　ＮB-IoＴ的小区接入流程和 LTE 差不多：小区搜索取得频率和符号同步、获取 SＩB 信息、

　　启动随机接入流程建立RＲC 连接。当终端返回RRＣ_ＩDLＥ状态，当需要进行数据发送或

　　3.1 协议栈和信令承载ﻫﻫ总的来说，NB-IoT 协议栈基于LＴE 设计,但是根据物联网的需求，

　　去掉了一些不必要的功能，减少了协议栈处理流程的开销。因此，从协议栈的角度看，NB-IoT

　　部分复用,ＳRB0 用来传输RRＣ消息,在逻辑信道CCCＨ上传输；而SＲB1 既用来传输ＲRC

　　消息，也会包含 NAＳ消息,其在逻辑信道 DCCＨ上传输。ﻫﻫLＴE 中还定义了ＳＲB2,但 N

　　ﻫNB-Io Ｔ经过简化, 去掉了一些对物联网不必要的ＳI Ｂ，只保留了８个：ﻫ

　　需特别说明的是,ＳIB-NB 是独立于LTE 系统传送的，并非夹带在原LTE 的ＳIB 之中。ﻫﻫ3.3

　　ﻫ由于NB-IoT 主要为非频发小数据包流量而设计，所以RRC＿COＮＮECTＥD 中的切换过

　　程并不需要,被移除了。如果需要改变服务小区,NＢ-ＩｏT 终端会进行RＲC 释放，进入RRC

　　＿IDLE 状态,再重选至其他小区。ﻫﻫ在 RＲＣ_IＤLE 状态，小区重选定义了 inｔra ｆｒ

　　ｏn 下两个1８0 ｋHｚ载波之间的重选。ﻫﻫNB-IoＴ的小区重选机制也做了适度的简化,由

　　于NB-IoT 终端不支持紧急拨号功能,所以,当终端重选时无法找到Suitaｂle Cｅll 的情况下，

　　ｌl 为止。根据3ＧPP TＳ 36．304 定义,所谓Ｓｕitabｌe Cｅll 为可以提供正常服务的小

　　区，而Acceｐｔabｌe Ｃelｌ为仅能提供紧急服务的小区。ﻫﻫ3.４ 随机接入过程

　　由于ＮＢ-IoＴ并不支持不同技术间的切换，所以RＲC 状态模式也非常简单。

　　ﻫ另外,在Establiｓｈment Ｃauｓe 里,UＥ将说明支持单频或多频的能力。ﻫﻫ与ＬTE 不同

　　的是，NB-ＩoＴ新增了Ｓuspenｄ-Ｒesume 流程。当基站释放连接时，基站会下达指令让

　　ＮB-IｏT 终端进入Suｓpend 模式，该Susｐeｎd 指令带有一组Rｅsumｅ ID，此时，终

　　esume ＩD（如上图第四步),基站即可通过此Rｅsumｅ ID 来识别终端,并跳过相关配置信

　　息交换,直接进入数据传输。ﻫﻫ简而言之，在 RRＣ_Conｎecｔeｄ至 RRC_IＤLＥ状态时，

　　NB－ＩoT 终端会尽可能的保留 RRC_Connected 下所使用的无线资源分配和相关安全性配