標准NB-IoT中的設備可以使用一節普通電池工作長達10年。由於什么？我們收集了有關此技術的所有重要信息。在本文中，我們將從無線接入網絡體系結構的角度討論其特性，在第二部分中討論在NB-IoT期間發生的網絡核心的變化。
NB-IoT技術從LTE繼承了很多 - 從無線電信號的物理結構到架構。所有內容都不能列在一篇文章中，因此我們將嘗試專注於創建此技術的主要功能。那么：
NB-IoT在無線接入網絡架構方面有什么區別？
首先，我們回想一下關於LTE的重要事項：
對於LTE信號，使用具有15kHz的子載波間隔的OFDM信道的划分原理。在DL（下行鏈路，來自BS的方向）中，使用OFDMA，並且在UL（上行鏈路，到BS的方向）中，使用SC-FDMA。LTE中的整個載波被划分為資源塊（資源塊，RB），每個資源塊由12個子載波和12x15kHz = 180kHz的占用頻帶的總寬度組成（圖1）。每個資源塊被分成12×7 = 84個資源元素（資源元素，RE）。
圖1。資源塊，資源元素
為了實現高小區吞吐量，QAM256的高調制階數用於UL中的DL和QAM64。此外，MIMO2x2和MIMO4x4技術將用於相同的目的。
無線電信號NB-IoT的特點：
NB-IoT中最重要的是能夠在較低信號電平和高噪聲水平下工作，以及節省電池電量。NB-IoT還設計用於傳輸短消息，並且不需要從其傳輸音頻 - 視頻內容，大型文件和其他內容。
在此基礎上，在物理層面上，某些特征有助於提供必要的特征：
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NB-IoT的總頻帶限制為一個RB 180 kHz寬;
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用戶設備的無線電路徑只有一個天線，接收器和發射器;
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發送和接收在時間上分開，即 這基本上是半雙工;
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在一個子載波上以UL方向發送的能力;
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使用的調制類型僅限於BPSK和QPSK;
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重復增強發射信號（覆蓋增強）。
下面我們將更詳細地關注其中一些。
在一個RB，一個天線和半雙工傳輸模式中使用窄帶允許您簡化設備並實現：
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降低處理器功率要求;
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減少能源消耗;
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尺寸減小;
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更便宜的設備。
射頻分配：
對於NB-IoT，幾乎所有與“低”頻段中的2G / 3G / 4G相同的頻段都可以使用。它們是B20（800MHz），B8（900MHz），B3（1800MHz）。由於信號衰減較大，使用“較高”頻率是沒有意義的。為NB-IoT分配頻率資源
有三種方法：
1。獨立。
專用頻道寬度為200 kHz。這個選項對NB-IoT的工作最有效，但也是最昂貴的。事實是，在這種情況下，可能需要300至600kHz的非常有價值的頻譜以及保護間隔。在這種情況下，與其他技術的相互干擾很小（圖2）。
圖。2.將NB-IoT置於獨立模式的選項。
2.帶內
在這種情況下，為現有LTE載波內的NB-IoT分配資源，但是與LTE資源塊相比，NB-IoT載波的功率增加了6dB。該選項非常適合於節省頻率資源，但存在與LTE網絡相互影響的問題（圖3）。
圖。3.將NB-IoT置於帶內模式。
3.護衛隊
在這種情況下，NB-IoT以所謂的保護間隔開始。例如，在LTE10MHz頻帶中，500kHz的自由頻譜用作保護間隔。與更長距離的帶內模式一樣，與LTE資源塊相比，NB-IoT載波的功率增加了6-9 dB（圖4）。該用例允許您同時節省頻率資源並減少與LTE網絡的相互影響，盡管在這種情況下LTE的帶外發射參數惡化。
圖。4.將NB-IoT置於保護頻帶模式。
在一個子載波上以UL方向傳輸的能力：
如果在LTE中，由一個或多個RB組成的資源組的塊被分配給訂戶，則在NB-IoT中，最小單元是RE - 無線電資源的部分被切換到訂戶。因此，設備可以在15kHz的一個子載波上在UL中發送信號。同時，現在對於NB-IoT，在UL方向上將RB划分為在3.75kHz處的48個子載波已經被標准化。在這種情況下，資源元素的持續時間是四倍，因此，時隙最多為2毫秒，因此它們的信息容量不會改變（圖5）。
圖5。資源要素。
在15kHz的單個子載波上的窄帶中的信號傳輸，甚至在3.75kHz的信號傳輸，可以顯着地增加信號的頻譜密度，並因此顯着地增加信噪比，這對於具有比基站強大得多的發射機的用戶設備非常重要。此外，在NB-IoT以及LTE中，用戶設備的功率限制為23dBm（200mW）。
同時，如果無線電條件允許，為了減少有效傳輸模式的時間，並相應地節省電池，則可以同時在多個子載波上進行傳輸。一個子載波上的傳輸具有單音傳輸模式的名稱，並且具有多個 - 多音調（這些是15kHz的3,6或12個子載波）。圖6示出了從資源元素（資源單元，RU）形成資源單元的各種變體。
圖6。資源單位（RU）。
RU是下一個較大的磚塊，從中形成傳輸塊（傳輸塊，TB），分配給用戶。在一個TB中可以是一到十個RU。然而，取決於所使用的調制編碼方案（MCS），取決於信號的質量，每個TB可以包含不同量的有用信息。當然，NB-IoT中的TB大小比LTE中的小得多，並且在DL中為680比特且在UL（Rel.13 3GPP）中為1000比特。此標准中也只有一個HARQ進程（混合自動重復請求），因此下一個TB只能在確認接收到之前的TB后才能發送。在3GPP的版本14中，傳輸塊大小增加到2536比特和雙HARQ，其允許兩個傳輸塊連續傳輸。
覆蓋范圍增強：
NB-IoT的另一個特征是覆蓋增強功能，其通過連續重復發送的信號來實現。在接收不成功的情況下，不應將該機制與分組的重傳混淆;在覆蓋增強的情況下，在接收到所有重復的消息之后發生接收信號成功的決定（圖7）。所有物理信道NPDCCH，NPDSCH，NPRACH和NPUSCH（這里N是窄帶前綴）都可以重復。
圖。7.在NB-IoT中重復
該標准定義了三個階段，稱為覆蓋級別0,1和2.重復次數可以變化很大，並且針對每種類型的物理信道及其格式單獨設置。例如，該標准規定UL中有用信號的值最高為128，DL最高為2048.實際上，一切都取決於為操作模式（獨立，帶內/保護頻帶）優化的網絡設置，信號質量和其他條件。中繼器允許您以低得多的信噪比解碼信號，理論上高達10 dB及以下。
所有這些 - 使用更窄的帶寬和覆蓋范圍增強 - 使您最終可以實現相對於GSM 20 dB的臭名昭着的增益。
NB-IoT的傳輸速率
一般而言，如上所述，物聯網本身的原理並不意味着與設備進行重要的信息交換，因此，這些值是非常有條件的。首先，它們只有在良好的信號質量下才能實現。其次，信令交換（包括DCI kahal的指定和ACK接收的確認）不適用於LTE，以獲得最大速度。第三，如果設備僅發送一個或兩個短消息，則在這種情況下，傳輸速度的含義並不完全明確。但是不要說這里的速度是不可能的。例如，圖8示出了用戶的DL計算速度。
圖8。DL傳輸速率
該圖顯示在NB-IoT中，與LTE不同，用戶設備不能占用整個可用的無線電資源。並且BS無線電資源的其余部分可用於與其他設備通信。UL的情況類似（圖9）。
圖9。UL轉移率。
因此，雙HARQ的使用和傳輸塊本身的增加的大小高達2536比特（版本14 3GPP），允許增加DL中的傳輸速度和UL中的傳輸速度高於100kbit / s。
這就是全部 - 如果我們從無線接入架構的角度討論主要功能，而不是遠遠不夠。希望它有所幫助。很快 - 在下一篇文章中 - 我們將告訴您核心網絡（核心網絡）如何隨NB-IoT而改變。我們希望得到反饋。