Perangkat dalam standar NB-IoT dapat berjalan hingga 10 tahun dengan satu baterai biasa. Karena apa? Kami telah menyusun semua hal terpenting tentang teknologi ini. Pada artikel ini, kita akan berbicara tentang fitur-fiturnya dari sudut pandang arsitektur jaringan akses radio, dan pada bagian kedua, tentang perubahan dalam inti jaringan yang terjadi selama NB-IoT.
Teknologi NB-IoT telah mewarisi banyak hal dari LTE - mulai dari struktur fisik sinyal radio hingga arsitektur. Tidak mungkin untuk mencantumkan semuanya dalam satu artikel, jadi mari kita coba untuk fokus pada fitur-fitur utama untuk mana teknologi ini dibuat. Jadi:
Apa perbedaan antara NB-IoT dalam hal arsitektur jaringan akses radio?Pertama, ingat hal penting tentang LTE:
Untuk sinyal LTE, prinsip pemisahan saluran OFDM dengan jarak subcarrier 15 kHz digunakan. Dalam DL (Downlink, arah dari BS), OFDMA digunakan, dan di UL (Uplink, arah ke BS) SC-FDMA digunakan. Seluruh operator di LTE dibagi menjadi blok sumber daya (Resource block, RB), yang masing-masing terdiri dari 12 subcarrier dan total bandwidth yang ditempati 12x15 kHz = 180 kHz (Gbr. 1). Setiap blok sumber daya dibagi menjadi 12x7 = 84 elemen sumber daya (Elemen sumber daya, RE).
Fig. 1. Blok sumber daya, Elemen sumber dayaUntuk mencapai throughput sel yang tinggi, pesanan modulasi tinggi QAM256 untuk DL dan QAM64 di UL diterapkan. Selain itu, teknologi MIMO2x2 dan MIMO4x4 digunakan untuk tujuan yang sama.
Fitur sinyal radio NB-IoT :
Hal terpenting dalam NB-IoT adalah kemampuan untuk bekerja pada tingkat sinyal yang lebih rendah dan pada tingkat kebisingan yang tinggi, serta menghemat baterai. NB-IoT juga dirancang untuk mengirimkan pesan pendek, dan tidak memerlukan transfer konten audio-video, file besar, dan hal-hal lainnya.
Berdasarkan ini, pada level fisik ada fitur-fitur tertentu yang membantu memberikan karakteristik yang diperlukan:
- total bandwidth untuk NB-IoT terbatas pada satu RB dengan lebar 180 kHz;
- jalur radio perangkat pengguna hanya memiliki satu antena, penerima dan pemancar;
- transmisi dan penerimaan ditempatkan dalam waktu, mis. ini pada dasarnya adalah mode setengah dupleks;
- kemampuan untuk mentransmisikan ke arah UL pada satu subcarrier;
- Jenis modulasi yang digunakan terbatas pada BPSK dan QPSK;
- pengulangan sinyal yang ditransmisikan (peningkatan cakupan).
Di bawah ini kita akan membahas beberapa dari mereka secara lebih rinci.
Dengan menggunakan pita frekuensi sempit satu RB, satu antena dan mode transmisi setengah dupleks memungkinkan Anda menyederhanakan perangkat dan mencapai:
- mengurangi persyaratan CPU;
- penurunan konsumsi energi;
- perampingan;
- perangkat yang lebih murah.
Penunjukan frekuensi radio:Untuk NB-IoT, hampir semua rentang frekuensi yang sama dapat digunakan untuk 2G / 3G / 4G di pita "rendah". Ini adalah B20 (800 MHz), B8 (900 MHz), B3 (1800 MHz). Tidak ada alasan untuk menggunakan frekuensi "tinggi" yang lebih tinggi karena pelemahan sinyal yang lebih besar.
Ada
tiga cara untuk mengalokasikan sumber daya frekuensi untuk NB-IoT:1. Berdiri sendiri.Saluran frekuensi khusus seluas 200 kHz. Opsi ini adalah yang paling efektif untuk NB-IoT, tetapi juga yang paling mahal. Faktanya adalah bahwa dalam kasus ini, Anda mungkin membutuhkan 300 hingga 600 kHz spektrum yang sangat berharga bersama dengan interval penjaga. Dalam hal ini, interferensi timbal balik dengan teknologi lain minimal (Gbr. 2).
Fig. 2. Opsi penempatan untuk NB-IoT dalam mode mandiri.2. Di-bandDalam hal ini, sumber daya dialokasikan untuk NB-IoT dalam pembawa LTE yang ada, tetapi pembawa NB-IoT memiliki daya yang meningkat 6 dB dibandingkan dengan blok sumber daya LTE. Opsi ini sangat cocok untuk menghemat sumber daya frekuensi, tetapi ada masalah pengaruh timbal balik dengan jaringan LTE (Gbr. 3).
Fig. 3. Penempatan NB-IoT dalam mode in-band.3. Guard-BandDalam hal ini, NB-IoT dimulai dalam interval penjaga. Misalnya, dalam pita LTE10 MHz, spektrum bebas 500 kHz digunakan sebagai interval penjaga. Seperti dalam mode in-band untuk rentang yang lebih lama, pembawa NB-IoT memiliki kekuatan yang meningkat 6-9 dB dibandingkan dengan blok sumber daya LTE (Gbr. 4). Kasing penggunaan ini memungkinkan Anda untuk menghemat sumber daya frekuensi secara simultan dan mengurangi pengaruh timbal balik dengan jaringan LTE, meskipun dalam kasus ini emisi out-of-band untuk LTE menurun.
Fig. 4. Penempatan NB-IoT dalam mode guard-band.Kemampuan untuk mengirimkan dalam arah UL pada satu subcarrier:Jika dalam LTE unit blok sumber daya yang terdiri dari satu atau beberapa BPR dialokasikan untuk pelanggan, maka di NB-IoT unit minimumnya adalah RE - mereka memotong bagian dari sumber daya radio ke pelanggan. Oleh karena itu, menjadi mungkin bagi perangkat untuk mengirimkan sinyal ke UL pada satu subcarrier pada 15 kHz. Pada saat yang sama, pemisahan RB menjadi 48 subcarrier 3,75 kHz dalam arah UL sudah distandarisasi untuk NB-IoT. Durasi elemen sumber daya dalam kasus ini meningkat empat kali, dan sesuai dengan slot waktu hingga 2 ms, sehingga kapasitas informasinya tidak berubah (Gbr. 5).
Fig. 5. Elemen sumber daya.Transmisi sinyal dalam pita sempit pada satu subcarrier 15 kHz, dan bahkan lebih lagi pada 3,75 kHz, dapat secara signifikan meningkatkan kepadatan spektral sinyal, dan sesuai dengan rasio sinyal-ke-noise, yang sangat penting untuk perangkat pelanggan yang memiliki pemancar jauh lebih kuat daripada pemancar dasar. Selain itu, di NB-IoT, serta di LTE, kekuatan perangkat pelanggan dibatasi hingga 23dBm (200mW).
Pada saat yang sama, jika kondisi radio memungkinkan, untuk mengurangi waktu mode transmisi aktif, dan dengan demikian menghemat baterai, dimungkinkan untuk mentransmisikan pada beberapa subcarrier pada saat yang bersamaan. Transmisi pada satu subcarrier disebut mode transmisi nada tunggal, dan pada beberapa subcarrier disebut multi-nada (ini adalah 3, 6 atau 12 subcarrier 15 kHz). Gambar 6 menunjukkan formasi dari elemen sumber daya dari berbagai variasi unit sumber daya (Unit sumber daya, RU).
Fig. 6. Unit sumber daya (RU).RU - ini adalah batu bata yang lebih besar, dari mana blok transportasi (Transport block, TB) dibentuk, ditugaskan kepada pengguna. Satu TB dapat memiliki satu hingga sepuluh RU. Selain itu, tergantung pada kualitas sinyal, setiap TB dapat mengandung jumlah informasi bermanfaat yang berbeda tergantung pada skema pengkodean modulasi (MCS) yang digunakan. Ukuran TB di NB-IoT, tentu saja, jauh lebih kecil daripada di LTE dan 680bit di DL dan 1000bit di UL (Rel.13 3GPP). Juga dalam standar ini hanya ada satu proses HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request), sehingga TB berikutnya hanya dapat ditransmisikan setelah mengakui penerimaan TB sebelumnya. Dalam rilis 14 3GPP, ukuran blok transport ditingkatkan menjadi 2536 bit dan Dual-HARQ, yang memungkinkan Anda mentransfer dua blok transport secara berturut-turut.
Peningkatan cakupan:Fitur lain dari NB-IoT adalah fungsionalitas peningkatan cakupan, yang dicapai dengan transmisi ulang berturut-turut dari sinyal yang ditransmisikan. Mekanisme ini tidak harus bingung dengan pengiriman ulang paket setelah penerimaan tidak berhasil, dalam kasus peningkatan cakupan, keputusan tentang keberhasilan sinyal yang diterima terjadi setelah menerima semua pesan berulang (Gbr. 7). Semua saluran fisik NPDCCH, NPDSCH, NPRACH dan NPUSCH (di sini N adalah awalan Narrowband) dapat diulang.
Fig. 7. Mengulang dalam NB-IoTStandar ini mendefinisikan tiga tingkat, yang disebut tingkat cakupan 0, 1 dan 2. Jumlah pengulangan dapat sangat bervariasi dan diatur secara individual untuk setiap jenis saluran fisik dan formatnya. Misalnya, standar menentukan nilai untuk sinyal yang berguna di UL hingga 128 dan di DL hingga 2048. Pada kenyataannya, semuanya akan tergantung pada pengaturan jaringan yang dioptimalkan untuk mode operasi (stand-alone, in-band / guard-band), kualitas sinyal dan kondisi lain. Pengulangan memungkinkan Anda untuk memecahkan kode sinyal pada tingkat sinyal-to-noise yang jauh lebih rendah secara teoritis hingga 10dB dan lebih rendah.
Semua hal di atas - penggunaan pita yang lebih sempit dan fungsi peningkatan cakupan - memungkinkan Anda untuk mencapai pencapaian 20dB yang terkenal dalam kaitannya dengan GSM.
Tarif Baud di NB-IoTSecara umum, prinsip IoT itu sendiri, sebagaimana disebutkan di atas, tidak menyiratkan pertukaran informasi yang signifikan dengan perangkat, dan karenanya, nilai-nilai ini sangat sewenang-wenang. Pertama, mereka dicapai hanya dengan kualitas sinyal yang bagus. Kedua, pertukaran sinyal, termasuk penunjukan DCI kagala dan pengakuan ACK, tidak diadaptasi, seperti pada LTE, untuk mendapatkan kecepatan maksimum. Ketiga, jika perangkat hanya mengirim satu atau dua pesan singkat, maka dalam hal ini tidak sepenuhnya jelas apa yang dimaksud dengan laju transmisi. Tetapi Anda tidak bisa mengatakan tentang kecepatan di sini. Misalnya, Gambar. 8 menunjukkan kecepatan yang dihitung dalam DL untuk pengguna.
Gbr. 8. Kecepatan bit dalam DL.Hal ini dapat dilihat dari gambar bahwa di NB-IoT, tidak seperti LTE, perangkat pengguna tidak dapat menempati seluruh sumber daya radio yang tersedia. Dan sisa sumber daya radio BS dapat digunakan untuk berkomunikasi dengan perangkat lain. Situasi serupa di UL (Gbr. 9).
Gambar 9. Tingkat baud UL.Jadi, penggunaan Dual-HARQ dan peningkatan ukuran blok transportasi itu sendiri hingga 2536 bit (rilis 14 3GPP), memungkinkan Anda untuk meningkatkan kecepatan transmisi dalam DL dan UL di atas 100 kbit / s.
Itu saja - jika kita berbicara tentang fitur utama dari sudut pandang arsitektur akses radio, tanpa pergi jauh ke samping. Semoga bermanfaat. Segera - di posting berikutnya - kami akan memberi tahu Anda bagaimana inti jaringan (Core Network) telah berubah dengan NB-IoT. Umpan balik akan sangat dihargai.
Diposting oleh
Pakar Arsitektur Arsitektur Jaringan Akses Radio MTS Ilnur Fauziev ilnurf