1、引言

NB-IoT技術(shù)源于LTE，因此它與LTE有很多共同點(diǎn)，尤其是在下行方向，NB-IoT與LTE時(shí)域資源分配幾乎一致。但由于幀結(jié)構(gòu)、空口特性不同，一般認(rèn)為NB-IoT與LTE屬于不同的RAT。本文在介紹NB-IoT基本時(shí)域資源的同時(shí)，會(huì)適當(dāng)介紹LTE的時(shí)域資源。

2、下行時(shí)域資源

NB-IoT的最小時(shí)間單位是TS，1TS大約是32.5ns，最大時(shí)間單位是超幀H-SFN，1個(gè)H-SFN大約是10.24s。主要涉及的時(shí)間單位有：TS、OFDM/SC-FDMA符號(hào)、Symbol、slot、子幀、無(wú)線幀、超幀。

一眼看去好像挺復(fù)雜，不過(guò)我們按照順序自上往下梳理：

H-SFN即超幀，一個(gè)超幀包含1024個(gè)SFN。

SFN即系統(tǒng)幀，又叫無(wú)線幀（描述無(wú)線幀的時(shí)候，強(qiáng)調(diào)的是幀的結(jié)構(gòu)，描述系統(tǒng)幀的時(shí)候，是強(qiáng)調(diào)各無(wú)線幀之間的順序關(guān)系），即1H-SFN=1024 SFN。1個(gè)系統(tǒng)幀包含10個(gè)子幀：1SFN=10sf。

sf即子幀，1個(gè)子幀包含2個(gè)時(shí)隙，需要注意：無(wú)線幀中的不同子幀的時(shí)隙號(hào)是連續(xù)編號(hào)的。

Slot即時(shí)隙，1個(gè)時(shí)隙中包含7個(gè)symbol。

OFDM是真正下行的有用的符號(hào)，加上循環(huán)前綴（CP）組成1個(gè)symbol，每個(gè)ofdm符號(hào)長(zhǎng)度是2048個(gè)TS。

在1個(gè)時(shí)隙的7個(gè)symbol中，只有第一個(gè)symbol中的CP稍微長(zhǎng)點(diǎn)，達(dá)到160 TS，后面6個(gè)smybol中的CP只有144 TS。這是由于1個(gè)slot長(zhǎng)度是15360TS，但15360不能被7整除導(dǎo)致的。

3、上行時(shí)域資源

NB-IoT占用的資源的時(shí)域長(zhǎng)度與其占用的頻域?qū)挾扔嘘P(guān)，而NB-IoT中上行子載波帶寬有3.75kHz和15kHz兩種，其中15kHz又支持single-tone和multi-tone兩種模式，multi-tone又分3tones、6tones、12tones，在頻域占用的帶寬資源各不相同，導(dǎo)致其時(shí)域的長(zhǎng)度也不盡相同。

對(duì)于15kHz的子載波間隔，上行調(diào)度的1個(gè)PRB的12tones，在時(shí)域上是1ms，頻域上是15KHz子載波與LTE類似，與下行方向一致，不在此多說(shuō)。

對(duì)于3.75kHz的載波間隔來(lái)說(shuō)1個(gè)slot占2ms，因此與下行存在較大的不同，主要體現(xiàn)在無(wú)線幀到SCFDMA符號(hào)層級(jí)上的區(qū)別。具體如下圖所示：

SFN即無(wú)線幀與下行一樣，1個(gè)SFN=5 slot=10ms。

Slot即時(shí)隙，對(duì)3.75kHz的子載波帶寬來(lái)說(shuō)，其占用2ms，即1 slot=2ms。

symbol即上行符號(hào)，1symbol=CP+SC-FDMA與下行不同的是，每個(gè)slot除了7個(gè)symbol外，還有1段保護(hù)間隔GUARD。其中GUARD長(zhǎng)度為2304 TS。

SC-FDMA即為有效的符號(hào)，長(zhǎng)度為8192 TS。

這樣總的來(lái)算，1slot=7 symbols+guard=7*（CP+SC-FDMA）+guard=7*（256+8192）+2304=61440TS=2ms。

4、隨機(jī)接入

NB-IoT的隨機(jī)接入信道固定使用single-tone傳輸，也固定使用3.75kHz子載波間隔。對(duì)于NPRACH而言，支持兩種不同的CP大小，短CP長(zhǎng)度為66.67us，長(zhǎng)CP長(zhǎng)度為266.67us。無(wú)論使用短CP，還是長(zhǎng)CP，有效的symbol都是266.67us，5個(gè)symbol及1個(gè)CP組成1個(gè)symbol group。每個(gè)preamble均由4個(gè)symbol group組成。

其實(shí)可以發(fā)現(xiàn)短CP剛好是長(zhǎng)CP的1/4，而長(zhǎng)CP與有用的symbol長(zhǎng)度相同。這樣：

對(duì)短CP來(lái)說(shuō)，1個(gè)symbol group長(zhǎng)度=（2048+8192*5）TS=2048*21 TS=21/15000 S=1.4ms，4個(gè)group就是4*1.4=5.6ms。

對(duì)于長(zhǎng)CP來(lái)說(shuō)，1個(gè)symbol group長(zhǎng)度=（8192+8192*5）=8192*6 TS=2048*24 TS =24/15 ms=1.6ms，4個(gè)group就是4*1.6=6.4ms。

實(shí)際上無(wú)論長(zhǎng)CP，還是短CP，premble最終會(huì)占用8ms，剩余的部分都用作GT。

對(duì)于NPRACH來(lái)說(shuō)，CP的長(zhǎng)度決定了其上行覆蓋。長(zhǎng)CP是短CP的4倍，也就意味著覆蓋范圍是其4倍，對(duì)應(yīng)的距離分別是10km、40km。在實(shí)際建網(wǎng)中，覆蓋瓶頸并不在CP上，而在于損耗上，因此現(xiàn)網(wǎng)一般使用短CP以提供更多的保護(hù)。

5、LTE的不同特性

LTE與NB-IoT的時(shí)域資源基本是相同的，但也有略微的區(qū)別，具體的體現(xiàn)見(jiàn)本節(jié)內(nèi)容介紹。

5.1 超幀

在LTE中，無(wú)論TDD還是FDD都沒(méi)有超幀的概念，也就沒(méi)有最上面一級(jí)時(shí)域資源單位。當(dāng)然LTE中，系統(tǒng)幀編號(hào)仍然是0-1023，全部的系統(tǒng)幀總長(zhǎng)度仍然和NB-IoT中1個(gè)超幀長(zhǎng)度相同。

5.2 半幀

在LTE TDD中存在半幀的概念。每個(gè)系統(tǒng)幀包含兩個(gè)半幀，每個(gè)半幀包含5ms，總的還是10ms，每個(gè)子幀還是1ms。

h-sfn表示半幀，與上面的H-SFN用大小寫的不同來(lái)區(qū)分，不過(guò)事實(shí)上半幀只存在于TDD中，而超幀只存在于NB-IoT中，NB-IoT又使用的是FDD，因此并不會(huì)在一起出現(xiàn)，即使不使用大小寫區(qū)分，也不會(huì)引起誤解。每一個(gè)半幀包含5ms，每毫秒對(duì)應(yīng)1個(gè)sf。

但對(duì)于TDD而言，如果使用5ms轉(zhuǎn)換點(diǎn)，每個(gè)半幀的第二個(gè)子幀是特殊子幀，對(duì)應(yīng)的它所包含的時(shí)隙也叫特殊時(shí)隙。常規(guī)子幀與LTE FDD和NB-IoT都是一樣的，每個(gè)子幀1ms，每個(gè)時(shí)隙0.5ms。只是每個(gè)特殊子幀包含3個(gè)時(shí)隙：DwPTS、GP、UpPTS，其總的時(shí)域長(zhǎng)度也是1ms，也認(rèn)為其包含14個(gè)Symbol。但是每個(gè)時(shí)隙的長(zhǎng)度是可配置的，其中DwPTS最長(zhǎng)可配置到12個(gè)符號(hào)，最短3個(gè)符號(hào)；GP最長(zhǎng)10個(gè)符號(hào)，最短1個(gè)符號(hào)；UpPTS最長(zhǎng)2個(gè)符號(hào)，最短1個(gè)符號(hào)。具體的配置即TDD的特殊子幀配比，以及給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的影響，這里不再贅述。

5.3 擴(kuò)展CP

在LTE中存在兩種CP長(zhǎng)度，一種常見(jiàn)的叫常規(guī)CP，時(shí)長(zhǎng)144TS，大約4.6875us；一種是擴(kuò)展CP，比較少見(jiàn)，時(shí)長(zhǎng)512TS，大約16.67us。在LTE中CP有個(gè)重要的作用，就是避免符號(hào)間干擾，這對(duì)小區(qū)的半徑有重要的影響。較短的CP意味著較小的覆蓋半徑，較長(zhǎng)的CP意味著較大的覆蓋半徑。所以內(nèi)陸地區(qū)一般都使用較小的CP，由于建筑物阻擋，造成路徑損耗大，根本不能覆蓋很遠(yuǎn)的距離。而在海面，或者沙漠、平原地區(qū)則可以使用擴(kuò)展CP，以增加覆蓋范圍。實(shí)際可以推測(cè)，要么是珠海、青島這種沿海城市，要么是西藏，蒙古這種地廣人稀的區(qū)域使用擴(kuò)展CP，其他地區(qū)一般不使用。

使用擴(kuò)展CP時(shí)，每個(gè)時(shí)隙只有6個(gè)OFDM符號(hào)。由于每個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)度15360TS，15360/6=2560，可以看到15360能被6整除，因此每個(gè)symbol都是一樣長(zhǎng)，持續(xù)2560個(gè)TS，扣除OFDM符號(hào)2048TS，剩下的每個(gè)CP長(zhǎng)度是2560-2048=512 TS，大約16.67us。

5.4 調(diào)度帶寬

LTE上下行采用一樣的調(diào)度方式，最小調(diào)度單位是RB，即帶寬總是180K及其整數(shù)倍，每個(gè)子載波總是固定的15kHz（PRACH和MBSFN子幀除外），不存在單tone、多tone的概念。其傳輸?shù)姆绞脚cNB-IoT下行類似，因此這里不再贅述。

5.5 LTE的隨機(jī)接入

在LTE中Preamble同樣由3部分構(gòu)成：CP、Tseq、GT。但沒(méi)有g(shù)roup這個(gè)層級(jí)，因此整個(gè)Preamble只有1個(gè)CP，而不同于NB-IoT中每個(gè)group中只有1個(gè)CP。

在LTE中有5中不同的preamble長(zhǎng)度，對(duì)應(yīng)著不同的CP和Tseq，同樣將剩余的長(zhǎng)度作為GT。具體的5種如下表所示：

除了格式4只支持LTE TDD以外，其余4種同時(shí)支持TDD/FDD。實(shí)際上CP反映了這個(gè)UE到基站的最大距離，從而限制小區(qū)半徑，而GT則限制了兩個(gè)用戶之間的保護(hù)，在實(shí)網(wǎng)建設(shè)中不僅要考慮CP，還要考慮GT帶來(lái)的小區(qū)半徑的限制。

審核編輯：郭婷