轉(zhuǎn)自：http://blog.csdn.net/nbiot/article/details/54906431

通常，我們把物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備分為三類(lèi)：

　　①無(wú)需移動(dòng)性，大數(shù)據(jù)量（上行），需較寬頻段，比如城市監(jiān)控?cái)z像頭。

　　②移動(dòng)性強(qiáng)，需執(zhí)行頻繁切換，小數(shù)據(jù)量，比如車(chē)隊(duì)追蹤管理。

　　③無(wú)需移動(dòng)性，小數(shù)據(jù)量，對(duì)時(shí)延不敏感，比如智能抄表。

　　NB-IoT正是為了應(yīng)對(duì)第③種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備而生。

　　NB-IoT源起于現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)的以下幾大需求：

　　

　　?覆蓋增強(qiáng)（增強(qiáng)20dB）

　　?支持大規(guī)模連接，100K終端/200KHz小區(qū)

　　?超低功耗，10年電池壽命

　　?超低成本

　　?最小化信令開(kāi)銷(xiāo)，尤其是空口。

　　?確保整個(gè)系統(tǒng)的安全性，包括核心網(wǎng)。

　　?支持IP和非IP數(shù)據(jù)傳送。

　　?支持短信（可選部署）。

　　對(duì)于現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)，并不能完全滿足以上需求。即使是LTE-A，關(guān)注的主要是載波聚合、雙連接和D2D等功能，并沒(méi)有考慮物聯(lián)網(wǎng)。

　　比如，在覆蓋上，以水表為例，所處位置無(wú)線環(huán)境差，與智能手機(jī)相比，高度差導(dǎo)致信號(hào)差4dB，同時(shí)再蓋上蓋子，額外增加約10dB左右損耗，所以需要增強(qiáng)20dB。

　　在大規(guī)模連接上，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備太多，如果用現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)去連接這些海量設(shè)備，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)過(guò)載，即使傳送的數(shù)據(jù)量小，可信令流量也夠得喝上幾壺。

　　此外，NB-IoT有自己的特點(diǎn)，比如不再有QoS的概念，因?yàn)楝F(xiàn)階段的NB-IoT并不打算傳送時(shí)延敏感的數(shù)據(jù)包，像實(shí)時(shí)IMS一類(lèi)的設(shè)備，在NB-IoT網(wǎng)絡(luò)里不會(huì)出現(xiàn)。

　　因此，3GPP另辟蹊徑，在Release 13制定了NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)來(lái)應(yīng)對(duì)現(xiàn)階段的物聯(lián)網(wǎng)需求，在終端支持上也多了一個(gè)與NB-IoT對(duì)應(yīng)的終端等級(jí)——cat-NB1。

　　盡管NB-IoT和LTE緊密相關(guān)，且可集成于現(xiàn)有的LTE系統(tǒng)之上，很多地方是在LTE基礎(chǔ)上專(zhuān)為物聯(lián)網(wǎng)而優(yōu)化設(shè)計(jì)，但從技術(shù)角度看，NB-IoT卻是獨(dú)立的新空口技術(shù)。

　　今天，我們就來(lái)看看這一新空口技術(shù)到底有多新？

　　1 網(wǎng)絡(luò)

　　1.1 核心網(wǎng)

　　為了將物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)發(fā)送給應(yīng)用，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)（CIoT）在EPS定義了兩種優(yōu)化方案：

　　?CIoT EPS用戶面功能優(yōu)化（User Plane CIoT EPS optimisation）

　　?CIoT EPS控制面功能優(yōu)化（Control Plane CIoT EPS optimisation）

　　如上圖所示，紅線表示CIoT EPS控制面功能優(yōu)化方案，藍(lán)線表示CIoT EPS用戶面功能優(yōu)化方案。

　　對(duì)于CIoT EPS控制面功能優(yōu)化，上行數(shù)據(jù)從eNB（CIoT RAN）傳送至MME，在這里傳輸路徑分為兩個(gè)分支：或者通過(guò)SGW傳送到PGW再傳送到應(yīng)用服務(wù)器，或者通過(guò)SCEF（Service Capa- bility Exposure Function）連接到應(yīng)用服務(wù)器（CIoT Services），后者僅支持非IP數(shù)據(jù)傳送。下行數(shù)據(jù)傳送路徑一樣，只是方向相反。

　　這一方案無(wú)需建立數(shù)據(jù)無(wú)線承載，數(shù)據(jù)包直接在信令無(wú)線承載上發(fā)送。因此，這一方案極適合非頻發(fā)的小數(shù)據(jù)包傳送。

　　SCEF是專(zhuān)門(mén)為NB-IoT設(shè)計(jì)而新引入的，它用于在控制面上傳送非IP數(shù)據(jù)包，并為鑒權(quán)等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供了一個(gè)抽象的接口。

　　對(duì)于CIoT EPS用戶面功能優(yōu)化，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送方式和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)流量一樣，在無(wú)線承載上發(fā)送數(shù)據(jù)，由SGW傳送到PGW再到應(yīng)用服務(wù)器。因此，這種方案在建立連接時(shí)會(huì)產(chǎn)生額外開(kāi)銷(xiāo)，不過(guò)，它的優(yōu)勢(shì)是數(shù)據(jù)包序列傳送更快。

　　這一方案支持IP數(shù)據(jù)和非IP數(shù)據(jù)傳送。

　　1.2 接入網(wǎng)

　　NB-IoT的接入網(wǎng)構(gòu)架與LTE一樣。

　　eNB通過(guò)S1接口連接到MME/S-GW，只是接口上傳送的是NB-IoT消息和數(shù)據(jù)。盡管NB-IoT沒(méi)有定義切換，但在兩個(gè)eNB之間依然有X2接口，X2接口使能UE在進(jìn)入空閑狀態(tài)后，快速啟動(dòng)resume流程，接入到其它eNB（resume流程將在本文后面詳述）。

　　1.3 頻段

　　NB-IoT沿用LTE定義的頻段號(hào)，Release 13為NB-IoT指定了14個(gè)頻段。

　　2 物理層

　　2.1 工作模式

　　部署方式（Operation Modes）

　　NB-IoT占用180KHz帶寬，這與在LTE幀結(jié)構(gòu)中一個(gè)資源塊的帶寬是一樣的。所以，以下三種部署方式成為可能：

　　

　　1）獨(dú)立部署（Stand alone operation）

　　適合用于重耕GSM頻段，GSM的信道帶寬為200KHz，這剛好為NB-IoT 180KHz帶寬辟出空間，且兩邊還有10KHz的保護(hù)間隔。

　　

　　2）保護(hù)帶部署（Guard band operation）

　　利用LTE邊緣保護(hù)頻帶中未使用的180KHz帶寬的資源塊。

　　3）帶內(nèi)部署（In-band operation）

　　利用LTE載波中間的任何資源塊。

　　CE Level

　　CE Level，即覆蓋增強(qiáng)等級(jí)（Coverage Enhancement Level）。從0到2，CE Level共三個(gè)等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)可對(duì)抗144dB、154dB、164dB的信號(hào)衰減。基站與NB-IoT終端之間會(huì)根據(jù)其所在的CE Level來(lái)選擇相對(duì)應(yīng)的信息重發(fā)次數(shù)。

　　雙工模式

　　Release 13 NB-IoT僅支持FDD 半雙工type-B模式。

　　FDD意味著上行和下行在頻率上分開(kāi)，UE不會(huì)同時(shí)處理接收和發(fā)送。

　　半雙工設(shè)計(jì)意味著只需多一個(gè)切換器去改變發(fā)送和接收模式，比起全雙工所需的元件，成本更低廉，且可降低電池能耗。

　　在Release 12中，定義了半雙工分為type A和type B兩種類(lèi)型，其中type B為Cat.0所用。在type A下，UE在發(fā)送上行信號(hào)時(shí)，其前面一個(gè)子幀的下行信號(hào)中最后一個(gè)Symbol不接收，用來(lái)作為保護(hù)時(shí)隙（Guard Period, GP），而在type B下，UE在發(fā)送上行信號(hào)時(shí)，其前面的子幀和后面的子幀都不接收下行信號(hào)，使得保護(hù)時(shí)隙加長(zhǎng)，這對(duì)于設(shè)備的要求降低，且提高了信號(hào)的可靠性。

　　

　　2.2 下行鏈路

　　對(duì)于下行鏈路，NB-IoT定義了三種物理信道：

　　1）NPBCH，窄帶物理廣播信道。

　　2）NPDCCH，窄帶物理下行控制信道。

　　3）NPDSCH，窄帶物理下行共享信道。

　　還定義了兩種物理信號(hào)：

　　1）NRS，窄帶參考信號(hào)。

　　2）NPSS和NSSS，主同步信號(hào)和輔同步信號(hào)。

　　相比LTE，NB-IoT的下行物理信道較少，且去掉了PMCH（Physical Multicast channel，物理多播信道），原因是NB-IoT不提供多媒體廣播/組播服務(wù)。

　　下圖是NB-IoT傳輸信道和物理信道之間的映射關(guān)系。

　　MIB消息在NPBCH中傳輸，其余信令消息和數(shù)據(jù)在NPDSCH上傳輸，NPDCCH負(fù)責(zé)控制UE和eNB間的數(shù)據(jù)傳輸。

　　NB-IoT下行調(diào)制方式為QPSK。NB-IoT下行最多支持兩個(gè)天線端口（Antenna Port），AP0和AP1。

　　和LTE一樣，NB-IoT也有PCI（Physical Cell ID，物理小區(qū)標(biāo)識(shí)），稱(chēng)為NCellID（Narrowband physical cell ID），一共定義了504個(gè)NCellID。

　　幀和時(shí)隙結(jié)構(gòu)

　　和LTE循環(huán)前綴（Normal CP）物理資源塊一樣，在頻域上由12個(gè)子載波（每個(gè)子載波寬度為15KHz）組成，在時(shí)域上由7個(gè)OFDM符號(hào)組成0.5ms的時(shí)隙，這樣保證了和LTE的相容性，對(duì)于帶內(nèi)部署方式至關(guān)重要。

　　每個(gè)時(shí)隙0.5ms，2個(gè)時(shí)隙就組成了一個(gè)子幀（SF），10個(gè)子幀組成一個(gè)無(wú)線幀（RF）。

　　這就是NB-IoT的幀結(jié)構(gòu)，依然和LTE一樣。

　　NRS（窄帶參考信號(hào)）

　　NRS（窄帶參考信號(hào)），也稱(chēng)為導(dǎo)頻信號(hào)，主要作用是下行信道質(zhì)量測(cè)量估計(jì)，用于UE端的相干檢測(cè)和解調(diào)。在用于廣播和下行專(zhuān)用信道時(shí)，所有下行子幀都要傳輸NRS，無(wú)論有無(wú)數(shù)據(jù)傳送。

　　NB-IoT下行最多支持兩個(gè)天線端口，NRS只能在一個(gè)天線端口或兩個(gè)天線端口上傳輸，資源的位置在時(shí)間上與LTE的CRS（Cell-Specific Reference Signal，小區(qū)特定參考信號(hào)）錯(cuò)開(kāi)，在頻率上則與之相同，這樣在帶內(nèi)部署（In-Band Operation）時(shí)，若檢測(cè)到CRS，可與NRS共同使用來(lái)做信道估測(cè)。

▲NRS資源位置

　　同步信號(hào)

　　NPSS為NB-IoT UE時(shí)間和頻率同步提供參考信號(hào)，與LTE不同的是，NPSS中不攜帶任何小區(qū)信息，NSSS帶有PCI。NPSS與NSSS在資源位置上避開(kāi)了LTE的控制區(qū)域，其位置圖如下：

▲NPSS和NSSS資源位置

　　NPSS的周期是10ms，NSSS的周期是20ms。NB-IoT UE在小區(qū)搜索時(shí)，會(huì)先檢測(cè)NPSS，因此NPSS的設(shè)計(jì)為短的ZC(Zadoff-Chu)序列，這降低了初步信號(hào)檢測(cè)和同步的復(fù)雜性。

　　NBPBCH

　　NBPBCH的TTI為640ms，承載MIB-NB（Narrowband Master Information Block），其余系統(tǒng)信息如SIB1-NB等承載于NPDSCH中。SIB1-NB為周期性出現(xiàn)，其余系統(tǒng)信息則由SIB1-NB中所帶的排程信息做排程。

　　和LTE一樣，NB-PBCH端口數(shù)通過(guò)CRC mask識(shí)別，區(qū)別是NB-IOT最多只支持2端口。NB-IOT在解調(diào)MIB信息過(guò)程中確定小區(qū)天線端口數(shù)。

　　在三種operation mode下，NB-PBCH均不使用前3個(gè)OFDM符號(hào)。In-band模式下NBPBCH假定存在4個(gè)LTE CRS端口，2個(gè)NRS端口進(jìn)行速率匹配。

▲NPBCH映射到子幀

▲黃色小格表明NPBCH資源占用位置，洋紅色表示NRS，紫色代表CRS

　　NPDCCH

　　NPDCCH中承載的是DCI（Downlink Control Information），包含一個(gè)或多個(gè)UE上的資源分配和其他的控制信息。UE需要首先解調(diào)NPDCCH中的DCI，然后才能夠在相應(yīng)的資源位置上解調(diào)屬于UE自己的NPDSCH（包括廣播消息，尋呼，UE的數(shù)據(jù)等）。NPDCCH包含了UL grant，以指示UE上行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)所使用的資源。

　　NPDCCH子幀設(shè)計(jì)如下圖所示：

▲淺綠色和深綠色代表NPDCCH使用的RE，紫色代表LTE CRS，藍(lán)色代表NRS。上圖表示在LTE單天線端口和NB-IoT2天線端口下in-band模式的映射

　　NPDCCH的符號(hào)起始位置：對(duì)于in-band，如果是SIB子幀，起始位置為3，非SIB子幀，起始位置包含在SIB2-NB中；對(duì)于stand-alone和Guard band，起始位置統(tǒng)一為0。

　　NPDCCH有別于LTE系統(tǒng)中的PDCCH的是，并非每個(gè)Subframe都有NPDCCH，而是周期性出現(xiàn)。NPDCCH有三種搜索空間(Search Space)，分別用于排程一般數(shù)據(jù)傳輸、Random Access相關(guān)信息傳輸，以及尋呼(Paging)信息傳輸。

　　各個(gè)Search Space有無(wú)線資源控制(RRC)配置相對(duì)應(yīng)的最大重復(fù)次數(shù)Rmax，其Search Space的出現(xiàn)周期大小即為相應(yīng)的Rmax與RRC層配置的一參數(shù)的乘積。

　　RRC層也可配置一偏移(Offset)以調(diào)整Search Space的開(kāi)始時(shí)間。在大部分的搜索空間配置中，所占用的資源大小為一PRB，僅有少數(shù)配置為占用6個(gè)Subcarrier。

　　一個(gè)DCI中會(huì)帶有該DCI的重傳次數(shù)，以及DCI傳送結(jié)束后至其所排程的NPDSCH或NPUSCH所需的延遲時(shí)間，NB-IoT UE即可使用此DCI所在的Search Space的開(kāi)始時(shí)間，來(lái)推算DCI的結(jié)束時(shí)間以及排程的數(shù)據(jù)的開(kāi)始時(shí)間，以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送或接收。

　　NPDSCH

　　NPDSCH的子幀結(jié)構(gòu)和NPDCCH一樣。

　　NPDSCH是用來(lái)傳送下行數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)信息，NPDSCH所占用的帶寬是一整個(gè)PRB大小。一個(gè)傳輸塊（Transport Block, TB）依據(jù)所使用的調(diào)制與編碼策略(MCS)，可能需要使用多于一個(gè)子幀來(lái)傳輸，因此在NPDCCH中接收到的Downlink Assignment中會(huì)包含一個(gè)TB對(duì)應(yīng)的子幀數(shù)目以及重傳次數(shù)指示。

　　2.3 上行鏈路

　　對(duì)于上行鏈路，NB-IoT定義了兩種物理信道：

　　1）NPUSCH，窄帶物理上行共享信道。

　　2）NPRACH，窄帶物理隨機(jī)接入信道。

　　還有：

　　1）DMRS，上行解調(diào)參考信號(hào)。

　　NB-IoT上行傳輸信道和物理信道之間的映射關(guān)系如下圖：

　　除了NPRACH，所有數(shù)據(jù)都通過(guò)NPUSCH傳輸。

　　時(shí)隙結(jié)構(gòu)

　　NB-IoT上行使用SC-FDMA，考慮到NB-IoT終端的低成本需求，在上行要支持單頻(Single Tone)傳輸，子載波間隔除了原有的15KHz，還新制訂了3.75KHz的子載波間隔，共48個(gè)子載波。

　　當(dāng)采用15KHz子載波間隔時(shí)，資源分配和LTE一樣。當(dāng)采用3.75KHz的子載波間隔時(shí)，如下圖所示：

　　15KHz為3.75KHz的整數(shù)倍，所以對(duì)LTE系統(tǒng)干擾較小。由于下行的幀結(jié)構(gòu)與LTE相同，為了使上行與下行相容，子載波空間為3.75KHz的幀結(jié)構(gòu)中，一個(gè)時(shí)隙同樣包含7個(gè)Symbol，共2ms長(zhǎng)，剛好是LTE時(shí)隙長(zhǎng)度的4倍。

　　此外，NB-IoT系統(tǒng)中的采樣頻率(Sampling Rate)為1.92MHz，子載波間隔為3.75KHz的幀結(jié)構(gòu)中，一個(gè)Symbol的時(shí)間長(zhǎng)度為512Ts(Sampling Duration)，加上循環(huán)前綴(Cyclic Prefix, CP)長(zhǎng)16Ts，共528Ts。因此，一個(gè)時(shí)隙包含7個(gè)Symbol再加上保護(hù)區(qū)間(Guard Period)共3840Ts，即2ms長(zhǎng)。

　　NPUSCH

　　NPUSCH用來(lái)傳送上行數(shù)據(jù)以及上行控制信息。NPUSCH傳輸可使用單頻或多頻傳輸。

▲單頻與多頻傳輸

　　在NPUSCH上，定義了兩種格式：format 1和format 2。NPUSCH format 1 為UL-SCH上的上行信道數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)，其資源塊不大于1000 bits；NPUSCH format 2傳送上行控制信息（UCI）。

　　映射到傳輸快的最小單元叫資源單元（RU，resource unit），它由NPUSCH格式和子載波空間決定。

　　有別于LTE系統(tǒng)中的資源分配的基本單位為子幀，NB-IoT根據(jù)子載波和時(shí)隙數(shù)目來(lái)作為資源分配的基本單位，如下表所示：

　　對(duì)于NPUSCH format 1，

　　當(dāng)子載波空間為3.75 kHz時(shí)，只支持單頻傳輸，一個(gè)RU在頻域上包含1個(gè)子載波，在時(shí)域上包含16個(gè)時(shí)隙，所以，一個(gè)RU的長(zhǎng)度為32ms。

　　當(dāng)子載波空間為15kHz時(shí)，支持單頻傳輸和多頻傳輸，一個(gè)RU包含1個(gè)子載波和16個(gè)時(shí)隙，長(zhǎng)度為8ms；當(dāng)一個(gè)RU包含12個(gè)子載波時(shí)，則有2個(gè)時(shí)隙的時(shí)間長(zhǎng)度，即1ms，此資源單位剛好是LTE系統(tǒng)中的一個(gè)子幀。資源單位的時(shí)間長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為2的冪次方，是為了更有效的運(yùn)用資源，避免產(chǎn)生資源空隙而造成資源浪費(fèi)。

　　對(duì)于NPUSCH format 2，

　　RU總是由1個(gè)子載波和4個(gè)時(shí)隙組成，所以，當(dāng)子載波空間為3.75 kHz時(shí)，一個(gè)RU時(shí)長(zhǎng)為8ms；當(dāng)子載波空間為15kHz時(shí)，一個(gè)RU時(shí)長(zhǎng)為2ms。

　　對(duì)于NPUSCH format 2，調(diào)制方式為BPSK。

　　對(duì)于NPUSCH format 1，調(diào)制方式分為以下兩種情況：

　　●包含一個(gè)子載波的RU，采用BPSK和QPSK。

　　●其它情況下，采用QPSK。

　　由于一個(gè)TB可能需要使用多個(gè)資源單位來(lái)傳輸，因此在NPDCCH中接收到的Uplink Grant中除了指示上行數(shù)據(jù)傳輸所使用的資源單位的子載波的索引（Index），也會(huì)包含一個(gè)TB對(duì)應(yīng)的資源單位數(shù)目以及重傳次數(shù)指示。

　　NPUSCH Format 2是NB-IoT終端用來(lái)傳送指示NPDSCH有無(wú)成功接收的HARQ-ACK/NACK，所使用的子載波的索引(Index)是在由對(duì)應(yīng)的NPDSCH的下行分配(Downlink Assignment)中指示，重傳次數(shù)則由RRC參數(shù)配置。

　　DMRS

　　根據(jù)NPUSCH格式，DMRS每時(shí)隙傳輸1個(gè)或者3個(gè)SC-FDMA符號(hào)。

▲NPUSCH format 1。上圖中，對(duì)于子載波空間為15 kHz ，一個(gè)RU占用了6個(gè)子載波。

▲NPUSCH format 2，此格式下，RU通常只占一個(gè)子載波。

　　NPRACH

　　和LTE的Random Access Preamble使用ZC序列不同，NB-IoT的Random Access Preamble是單頻傳輸（3.75KHz子載波），且使用的Symbol為一定值。一次的Random Access Preamble傳送包含四個(gè)Symbol Group，一個(gè)Symbol Group是5個(gè)Symbol加上一CP，如下圖：

▲Radom Access Preamble Symbol Group

　　每個(gè)Symbol Group之間會(huì)有跳頻。選擇傳送的Random Access Preamble即是選擇起始的子載波。

　　基站會(huì)根據(jù)各個(gè)CE Level去配置相應(yīng)的NPRACH資源，其流程如下圖：

▲NB-IoT Random Acces流程

　　Random Access開(kāi)始之前，NB-IoT終端會(huì)通過(guò)DL measurement（比如RSRP）來(lái)決定CE Level，并使用該CE Level指定的NPRACH資源。一旦Random Access Preamble傳送失敗，NB-IoT終端會(huì)在升級(jí)CE Level重新嘗試，直到嘗試完所有CE Level的NPRACH資源為止。

　　3 小區(qū)接入

　　NB-IoT的小區(qū)接入流程和LTE差不多：小區(qū)搜索取得頻率和符號(hào)同步、獲取SIB信息、啟動(dòng)隨機(jī)接入流程建立RRC連接。當(dāng)終端返回RRC_IDLE狀態(tài)，當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送或收到尋呼時(shí)，也會(huì)再次啟動(dòng)隨機(jī)接入流程。

　　3.1 協(xié)議棧和信令承載

　　總的來(lái)說(shuō)，NB-IoT協(xié)議棧基于LTE設(shè)計(jì)，但是根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的需求，去掉了一些不必要的功能，減少了協(xié)議棧處理流程的開(kāi)銷(xiāo)。因此，從協(xié)議棧的角度看，NB-IoT是新的空口協(xié)議。

　　以無(wú)線承載（RB）為例，在LTE系統(tǒng)中，SRB（signalling radio bearers，信令無(wú)線承載）會(huì)部分復(fù)用，SRB0用來(lái)傳輸RRC消息，在邏輯信道CCCH上傳輸；而SRB1既用來(lái)傳輸RRC消息，也會(huì)包含NAS消息，其在邏輯信道DCCH上傳輸。

　　LTE中還定義了SRB2，但NB-IoT沒(méi)有。

　　此外，NB-IoT還定義一種新的信令無(wú)線承載SRB1bis，SRB1bis和SRB1的配置基本一致，除了沒(méi)有 PDCP，這也意味著在Control Plane CIoT EPS optimisation下只有SRB1bis，因?yàn)橹挥性谶@種模式才不需要。

▲NB-IoT協(xié)議棧

　　3.2 系統(tǒng)信息

　　NB-IoT經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化，去掉了一些對(duì)物聯(lián)網(wǎng)不必要的SIB，只保留了8個(gè):

　　?SIBType1-NB：小區(qū)接入和選擇，其它SIB調(diào)度

　　?SIBType2-NB：無(wú)線資源分配信息

　　?SIBType3-NB：小區(qū)重選信息

　　?SIBType4-NB：Intra-frequency的鄰近Cell相關(guān)信息

　　?SIBType5-NB：Inter-frequency的鄰近Cell相關(guān)信息

　　?SIBType14-NB：接入禁止(Access Barring)

　　?SIBType16-NB：GPS時(shí)間/世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息

　　需特別說(shuō)明的是，SIB-NB是獨(dú)立于LTE系統(tǒng)傳送的，并非夾帶在原LTE的SIB之中。

　　3.3 小區(qū)重選和移動(dòng)性

　　由于NB-IoT主要為非頻發(fā)小數(shù)據(jù)包流量而設(shè)計(jì)，所以RRC_CONNECTED中的切換過(guò)程并不需要，被移除了。如果需要改變服務(wù)小區(qū)，NB-IoT終端會(huì)進(jìn)行RRC釋放，進(jìn)入RRC_IDLE狀態(tài)，再重選至其他小區(qū)。

　　在RRC_IDLE狀態(tài)，小區(qū)重選定義了intra frequency和inter frequency兩類(lèi)小區(qū)，inter frequency指的是in-band operation下兩個(gè)180 kHz載波之間的重選。

　　NB-IoT的小區(qū)重選機(jī)制也做了適度的簡(jiǎn)化，由于NB-IoT 終端不支持緊急撥號(hào)功能，所以，當(dāng)終端重選時(shí)無(wú)法找到Suitable Cell的情況下，終端不會(huì)暫時(shí)駐扎(Camp)在Acceptable Cell，而是持續(xù)搜尋直到找到Suitable Cell為止。根據(jù)3GPP TS 36.304定義，所謂Suitable Cell為可以提供正常服務(wù)的小區(qū)，而Acceptable Cell為僅能提供緊急服務(wù)的小區(qū)。

　　3.4 隨機(jī)接入過(guò)程

　　NB-IoT的RACH過(guò)程和LTE一樣，只是參數(shù)不同。

　　基于競(jìng)爭(zhēng)的NB-IOT隨機(jī)接入過(guò)程

　　

　　基于非競(jìng)爭(zhēng)的NB-IOT隨機(jī)接入過(guò)程

　　

　　3.5 連接管理

　　由于NB-IoT并不支持不同技術(shù)間的切換，所以RRC狀態(tài)模式也非常簡(jiǎn)單。

　　RRC Connection Establishment

　　RRC Connection Establishment流程和LTE一樣，但內(nèi)容卻不相同。

　　很多原因都會(huì)引起RRC建立，但是，在NB-IoT中，RRCConnectionRequest中的Establishment Cause里沒(méi)有delayTolerantAccess，因?yàn)镹B-IOT被預(yù)先假設(shè)為容忍延遲的。

　　另外，在Establishment Cause里，UE將說(shuō)明支持單頻或多頻的能力。

　　與LTE不同的是，NB-IoT新增了Suspend-Resume流程。當(dāng)基站釋放連接時(shí)，基站會(huì)下達(dá)指令讓NB-IoT終端進(jìn)入Suspend模式，該Suspend指令帶有一組Resume ID，此時(shí)，終端進(jìn)入Suspend模式并存儲(chǔ)當(dāng)前的AS context。

　　當(dāng)終端需要再次進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，只需要在RRC Connection Resume Request中攜帶Resume ID（如上圖第四步），基站即可通過(guò)此Resume ID來(lái)識(shí)別終端，并跳過(guò)相關(guān)配置信息交換，直接進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸。

　　簡(jiǎn)而言之，在RRC_Connected至RRC_IDLE狀態(tài)時(shí)，NB-IoT終端會(huì)盡可能的保留RRC_Connected下所使用的無(wú)線資源分配和相關(guān)安全性配置，減少兩種狀態(tài)之間切換時(shí)所需的信息交換數(shù)量，以達(dá)到省電的目的。

　　4 Data Transfer

　　如前文所述，NB-IoT定義了兩種數(shù)據(jù)傳輸模式：Control Plane CIoT EPS optimisation方案和User Plane CIoT EPS optimisation方案。對(duì)于數(shù)據(jù)發(fā)起方，由終端選擇決定哪一種方案。對(duì)于數(shù)據(jù)接收方，由MME參考終端習(xí)慣，選擇決定哪一種方案。

　　4.1 Control Plane CIoT EPS Optimisation

　　對(duì)于Control Plane CIoT EPS Optimisation，終端和基站間的數(shù)據(jù)交換在RRC級(jí)上完成。對(duì)于下行，數(shù)據(jù)包附帶在RRCConnectionSetup消息里；對(duì)于上行，數(shù)據(jù)包附帶在RRCConnectionSetupComplete消息里。如果數(shù)據(jù)量過(guò)大，RRC不能完成全部傳輸，將使用DLInformationTransfer和ULInformationTransfer消息繼續(xù)傳送。

　　

　　這兩類(lèi)消息中包含的是帶有NAS消息的byte數(shù)組，其對(duì)應(yīng)NB-IoT數(shù)據(jù)包，因此，對(duì)于基站是透明的，UE的RRC也會(huì)將它直接轉(zhuǎn)發(fā)給上一層。

　　在這種傳輸模式下，沒(méi)有RRC connection reconfiguration流程，數(shù)據(jù)在RRC connection setup消息里傳送，或者在RRC connection setup之后立即RRC connection release并啟動(dòng)resume流程。

　　4.2 User Plane CIoT EPS optimisation

　　在User Plane CIoT EPS optimisation模式下，數(shù)據(jù)通過(guò)傳統(tǒng)的用戶面?zhèn)魉?#xff0c;為了降低物聯(lián)網(wǎng)終端的復(fù)雜性，只可以同時(shí)配置一個(gè)或兩個(gè)DRB。

　　此時(shí)，有兩種情況：

　　?當(dāng)RRC連接釋放時(shí)，RRC連接釋放會(huì)攜帶攜帶Resume ID，并啟動(dòng)resume流程，如果resume成功，更新密匙安全建立后，保留了先前RRC_Connected的無(wú)線承載也隨之建立。

　　

　　

　　?當(dāng)RRC連接釋放時(shí)，如果RRC連接釋放沒(méi)有攜帶攜帶Resume ID，或者resume請(qǐng)求失敗，安全和無(wú)線承載建立過(guò)程如下圖所示：

　　首先，通過(guò)SecurityModeCommand和SecurityModeComplete建立AS級(jí)安全。

　　在SecurityModeCommand消息中，基站使用SRB1和DRB提供加密算法和對(duì)SRB1完整性保護(hù)。LTE中定義的所有算法都包含在NB-IoT里。

　　當(dāng)安全激活后，進(jìn)入RRC connection reconfiguration流程建立DRBs。

　　在重配置消息中，基站為UE提供無(wú)線承載，包括RLC和邏輯信道配置。PDCP僅配置于DRBs，因?yàn)镾RB采用默認(rèn)值。在MAC配置中，將提供BSR、SR、DRX等配置。最后，物理配置提供將數(shù)據(jù)映射到時(shí)隙和頻率的參數(shù)。

　　4.3 多載波配置

　　在RRCConnectionReconfiguration消息中，可在上下行設(shè)置一個(gè)額外的載波，稱(chēng)為非錨定載波（non-anchor carrier）。

　　基于多載波配置，系統(tǒng)可以在一個(gè)小區(qū)里同時(shí)提供多個(gè)載波服務(wù)，因此，NB-IoT的載波可以分為兩類(lèi)：提供NPSS、NSSS與承載NPBCH和系統(tǒng)信息的載波稱(chēng)為Anchor Carrier，其余的載波則稱(chēng)為Non-Anchor Carrier。

　　當(dāng)提供non-anchor載波時(shí)，UE在此載波上接收所有數(shù)據(jù)，但同步、廣播和尋呼等消息只能在Anchor Carrier上接收。

　　NB-IoT終端一律需要在Anchor Carrier上面Random Access，基站會(huì)在Random Access過(guò)程中傳送Non-Anchor Carrier調(diào)度信息，以將終端卸載至Non-Anchor Carrier上進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸，避免Anchor Carrier的無(wú)線資源吃緊。

　　另外，單個(gè)NB-IoT終端同一時(shí)間只能在一個(gè)載波上傳送數(shù)據(jù)，不允許同時(shí)在Anchor Carrier和Non-Anchor Carrier上傳送數(shù)據(jù)。

　　好了，一大堆鳥(niǎo)文總算翻譯完了，還不算最全，不過(guò)已經(jīng)腰酸痛，累成狗。分享通信知識(shí)，共享美好通信未來(lái)，我是一個(gè)興趣使然的通信工程師

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總結(jié)

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