一颗NB-IoT标准的设备可以用一块普通电池运行长达10年。 由于什么？ 我们已经汇编了有关此技术的所有最重要的信息。 在本文中，我们将从无线接入网络的架构的角度来讨论其功能，在第二部分中，我们将讨论在NB-IoT期间网络核心发生的变化。
NB-IoT技术从LTE继承了很多东西-从无线电信号的物理结构到体系结构。 不可能在一篇文章中列出所有内容，因此，让我们尝试着眼于创建该技术的主要功能。 因此：
NB-IoT在无线接入网络架构方面有何区别？首先，请记住有关LTE的重要事项：
对于LTE信号，使用子载波间隔为15 kHz的OFDM信道分离原理。 在DL（下行链路，从BS的方向）中使用OFDMA，在UL（上行链路，到BS的方向）中使用SC-FDMA。 LTE中的整个载波被分为资源块（Resource block，RB），每个资源块由12个子载波组成，总占用带宽为12x15 kHz = 180 kHz（图1）。 每个资源块被划分为12x7 = 84个资源元素（Resource element，RE）。
图1。 资源块，资源元素为了实现高小区吞吐量，应用了针对DL的高调制阶次QAM256和UL中的QAM64。 另外，MIMO2x2和MIMO4x4技术用于相同目的。
NB-IoT无线电信号的特征 ：
NB-IoT中最重要的事情是能够以较低的信号电平和较高的噪声电平工作，并节省电池。 NB-IoT还设计用于传输短消息，并且不需要传输音频视频内容，大文件和其他东西。
基于此，在物理级别上，某些功能有助于提供必要的特征：
- NB-IoT的总带宽限制为一个RB，其宽度为180 kHz；
- 用户设备的无线电路径只有一个天线，接收器和发射器；
- 发送和接收是按时间间隔的，即 这本质上是半双工模式；
- 在一个子载波上沿UL方向传输的能力；
- 所使用的调制类型仅限于BPSK和QPSK。
- 传输信号的重复（覆盖增强）。
下面我们将更详细地介绍其中一些。
使用一个RB的窄频带，一个天线和半双工传输模式，可以简化设备并实现：
无线电频率的任命：对于NB-IoT，“低”频段中几乎所有相同的频率范围都可以用于2G / 3G / 4G。 它们是B20（800 MHz），B8（900 MHz），B3（1800 MHz）。 由于信号衰减更大，因此没有理由使用更高的“更高”频率。
可以
为NB-IoT分配频率资源的三种方法：1.独立。专用频道200 kHz宽。 此选项对于NB-IoT最有效，但也最昂贵。 事实是，在这种情况下，您可能需要300至600 kHz的非常有价值的频谱以及保护间隔。 在这种情况下，与其他技术的相互干扰最小（图2）。
图 2. NB-IoT在独立模式下的放置选项。2.带内在这种情况下，将资源分配给现有LTE载波内的NB-IoT，但是与LTE资源块相比，NB-IoT载波的功率增加了6 dB。 该选项非常适合节省频率资源，但是存在与LTE网络相互影响的问题（图3）。
图 3.将NB-IoT置于带内模式。3.防护带在这种情况下，NB-IoT在所谓的保护间隔内启动。 例如，在LTE10 MHz频带中，500 kHz的自由频谱用作保护间隔。 就像在带内模式下获得更长的距离一样，与LTE资源块相比，NB-IoT载波的功率提高了6-9 dB（图4）。 尽管在这种情况下，LTE的带外发射性能下降，但您可以同时节省频率资源并减少与LTE网络的相互影响。
图 4.将NB-IoT置于保护带模式。能够在一个子载波上沿UL方向发送：如果在LTE中将由一个或几个RB组成的资源块单元分配给用户，则在NB-IoT中，最小单元是RE-它们将无线资源的一部分切入用户。 因此，设备可以在一个子载波上以15 kHz的频率向UL发送信号。 同时，RB已在NB-IoT中标准化为UL方向上48个3.75 kHz子载波的分离。 在这种情况下，资源元素的持续时间增加了四倍，并且相应的时隙长达2 ms，因此它们的信息容量不会改变（图5）。
图5。 资源元素。在一个15 kHz的子载波上的窄带中进行信号传输，甚至在3.75 kHz时更是如此，它可以显着提高信号的频谱密度，并相应地提高信噪比，这对于发射机功率远低于基站的用户设备非常重要。 此外，在NB-IoT和LTE中，订户设备的功率限制为23dBm（200mW）。
同时，如果无线电条件允许，可以减少活动传输模式的时间，从而节省电池，则可以同时在几个子载波上进行传输。 在一个子载波上的传输称为单音传输模式，在几个子载波上的传输称为多音（这是15 kHz的3、6或12个子载波）。 图6示出了由资源单元的资源单元（资源单元，RU）的各种变化形成。
图6。 资源单位（RU）。RU-这是另一块较大的砖，由该砖构成了传输块（Transport block，TB），分配给用户。 1 TB可具有1到10 RU。 而且，取决于信号的质量，取决于所使用的调制编码方案（MCS），每个TB可以包含不同数量的有用信息。 当然，NB-IoT中的TB大小比LTE小得多，DL的TB大小为680bit，UL的TB大小为1000bit（Rel.13 3GPP）。 同样在该标准中，只有一个HARQ（混合自动重发请求）过程，因此，只有在确认接收到前一个TB后，才能传输下一个TB。 在版本14 3GPP中，传输块大小增加到2536位，并增加了Dual-HARQ，可让您连续传输两个传输块。
覆盖范围增强：NB-IoT的另一个功能是覆盖增强功能，这是通过连续重传已传输信号来实现的。 不应将这种机制与接收失败时的数据包重传相混淆；在覆盖增强的情况下，在接收到所有重复的消息之后，才决定接收信号是否成功（图7）。 可以重复所有物理信道NPDCCH，NPDSCH，NPRACH和NPUSCH（此处N为窄带前缀）。
图 7.在NB-IoT中重复该标准定义了三个级别，称为覆盖级别0、1和2。重复的次数可以相差很大，并且针对每种类型的物理信道及其格式分别设置。 例如，该标准指定了有用信号的值，其中UL的最高值为128，而DL的最高值为2048。当然，实际上，一切都取决于针对工作模式（独立，带内/保护带），信号质量和其他条件。 重复允许您以更低的信噪比水平解码信号，理论上最高可达10dB或更低。
以上所有这些-使用较窄的频带和覆盖增强功能-最终使您相对于GSM而言获得众所周知的20dB增益。
NB-IoT中的波特率通常，如上所述，IoT原理本身并不意味着与设备进行大量信息交换，因此，这些值是非常任意的。 首先，只有高质量的信号才能实现。 其次，信号交换（包括DCI kagala的任命和ACK确认）不像LTE中那样获得最大速度。 第三，如果设备仅发送一个或两个短消息，则在这种情况下，尚不完全清楚传输速率的含义。 但是您不能在这里说速度。 例如，图8示出了以DL为单位的用户计算出的速度。
图8。 DL中的比特率。从图中可以看出，在NB-IoT中，与LTE不同，用户设备无法占用整个可用无线电资源。 其余的无线电资源BS可以用来与其他设备通信。 UL中的情况类似（图9）。
图9。 UL波特率。因此，使用Dual-HARQ并增加传输块本身的大小，直至2536位（3GPP版本14）允许将DL和UL中的传输速度提高到100 kbit / s以上。
就是这样-如果我们从无线电访问体系结构的角度来谈论主要功能，而不必太过分。 希望对您有所帮助。 很快-在下一篇文章中-我们将告诉您NB-IoT如何改变网络的核心（核心网络）。 反馈将不胜感激。
张贴者
MTS无线电接入网络架构部专家Ilnur Fauziev ilnurf