深挖NB-IoT技术，究竟有哪些神奇之处？

（1）UE发送随机接入前导码
（2）网络发送随机接入响应（包含TA命令和将在第三步使用的上行链路资源调度）
（3）UE使用调度资源，并向网络回应身份标识
（4）网络发送消息，解决多UE竞争接入问题。

为了满足不同的覆盖范围，系统可以在小区内配置最多三个NPRACH资源配置，每个配置指定随机接入前导码的重复值。终端会根据其测量的下行信号强度来估计覆盖水平（CE Level），并使用根据覆盖水平配置的NPRACH资源来发送发送随机接入前导码。

NB-IoT允许使用以下参数在时、频上灵活配置NPRACH资源：
时域：NPRACH资源的周期性，NPRACH资源的开始时间。
频域：频率位置（基于子载波偏移）和子载波数。

总之，终端通过测量下行信号强度来决定CE Level，并使用该CE Level指定的NPRACH资源，发送随机接入前导码。一旦随机接入前导码传送失败，NB-IoT终端会在升级CE Level重新尝试，直到尝试完所有CE Level的NPRACH资源为止（如下图）。
 

NB-IoT的随机接入过程和LTE非常相似，不再多述。

5.7 调度和HARQ

由于资源有限且支持重复传送，若上行采用同步自适应HARQ会导致上行资源运用更加困难，因此，NB-IoT的上下行都采用异步自适应HARQ，即根据新接收到的DCI（Downlink Control Information）来决定重传。另外，为了降低终端的复杂度，NB-IoT只支持一个HARQ过程，并且允许NPDCCH和NPDSCH更长的UE解码时间。

以上图为例，调度命令通过承载于NPDCH的DCI传送，NPDCH使用AL（aggregation levels）1或AL2传送DCI。对于AL1，两个DCI复用于一个子帧，否则一个子帧仅携带一个DCI（即AL-2），以降低编码率和提升覆盖。通过重传增强覆盖，每次重传占用一个子帧。

DCI可以用于调度下行数据或上行数据。

对于调度下行数据，在DCI中指示NPDCCH与相关联的NPDSCH之间的精确时间偏移。考虑物联网设备有限的计算能力，NPDCCH结束与相关NPDSCH的开始之间的时间偏移至少为4ms。

在接收到NPDSCH之后，终端需使用NPUSCH Format 2反馈HARQ确认。DCI中指示携带HARQ确认消息的NPUSCH的资源。考虑物联网设备有限的计算能力，NPDSCH结束与相关HARQ确认开始之间的时间偏移至少为12ms。

对于上行链路调度和HARQ操作，NPDCCH结束与相关NPUSCH开始之间的时间偏移至少为8ms。在完成NPUSCH传送之后，UE监视NPDCCH，以确认基站是否正确接收到NPUSCH，还是需要进行重传。

6  总结

最后，我们再总结一下NB-IoT的一些性能。

1）峰值数据速率

一个最大的TBS为680bits，时长为3ms，因此，NDSCH峰值物理层速率为680bits/3ms=226.7 kbps。同理，NPUSCH峰值数据速率为1000 bits/4ms=250kbps。然而，考虑DCI，NPDSCH / NPUSCH和HARQ确认之间的时间偏移，下行和上行的峰值吞吐量都低于上述数值。

2）覆盖

NB-IoT达到比LTE Rel-12高20 dB的最大耦合损耗（MCL）。覆盖范围的增强是通过增加重传次数来减少数据速率而实现的。通过引入单个子载波NPUSCH传输和 π/2-BPSK调制来保持接近于0dB的PAPR，从而减小由于功率放大器（PA）功率回退引起的覆盖影响，确保覆盖增强。15kHz单频NPUSCH若配置最大重传（128）和最低调制和编码方案时，物理层速率约20bps。而NPDSCH配置最大重传（512）和最低调制和编码方案时，物理层速率可到35bps。这些配置接近170dB耦合损耗，而LTE R12最高约142dB。

3）设备复杂性

为了降低终端复杂性，NB-IoT设计如下：

●下行和上行的传输块大小明显减少
●下行只支持一个冗余版本
●上下行仅支持单流传输
●终端仅需单天线
●上下行仅支持单HARQ过程
●终端无需turbo解码器
●无连接模式下的移动性测量，终端只需执行空闲模式下的移动性测量
●低带宽，低采样率
●仅支持FDD半双工

4）时延和电池寿命

NB-IoT主要针对时延不敏感的应用，不过，对于像发送告警信号等应用，NB-IoT支持10秒以下时延。对于164dB耦合损耗，终端平均每天传送200字节数据，电池寿命可达10年。

5）容量

仅有一个PRB资源的NB-IoT单小区支持连接52500终端。此外，NB-IoT支持多载波操作。因此，可以通过添加NB-IoT载波的方式来增加容量。