NB—IoT的重傳性能研究

摘 要：本文首先介紹了NB-IoT的技術(shù)特點及覆蓋等級；然后具體介紹了NB-IoT物理層重傳的處理過程，分別從NPUSCH和NPUSDH兩個不同信道的物理層資源映射舉例說明；最后給出在相同參數(shù)配置下不同重傳次數(shù)仿真結(jié)果，說明重傳對于NB-IOT覆蓋性能的影響。

關(guān)鍵詞：NB-IoT；覆蓋等級；重傳

中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）04-0181-04

Abstract：This paper first introduces the technical features and coverage level of NB-IoT，and then introduces the processing process of NB-IoT physical layer retransmission，and illustrates the physical layer resource mapping from two different channels of NPUSCH and NPUSDH respectively. Finally，simulation results of different retransmission times under the same parameter configuration are given to illustrate the effect of retransmission on NB-IOT coverage performance.

Keywords：NB-IoT；coverage level；retransmission

0 引 言

窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）是面向低功耗、廣覆蓋的全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，可依托現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)快速構(gòu)建低成本全覆蓋的物聯(lián)網(wǎng)，其業(yè)務(wù)具有數(shù)據(jù)傳輸速率低、長距離深度覆蓋、電池使用壽命長等特點，適用于水、電、氣抄表、物流、消防預(yù)警等眾多領(lǐng)域。NB-IoT可直接部署于已有的GSM或LTE網(wǎng)絡(luò)中，可復(fù)用現(xiàn)有的基站以降低部署成本，實現(xiàn)平滑升級。其標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議核心部分于2016年6月宣告完成，并寫入移動通信國際標(biāo)準(zhǔn)組織Rel13版本中。

為了適應(yīng)不同的無線信道條件，NB-IoT定義了3個覆蓋等級（Coverage Enchancement level，CE等級）。CE等級從0至2分別為達(dá)到可對抗最大耦合損失（Maximum Coupling Loss，MCL）144dB、154dB和164dB的信號能量衰減。CE等級0對應(yīng)正常覆蓋（信道條件最好），CE等級2對應(yīng)信道條件最差，并認(rèn)為該覆蓋等級覆蓋的能力非常差。定義多少個CE等級是由網(wǎng)絡(luò)側(cè)決定的，針對每個CE等級，小區(qū)會通過系統(tǒng)廣播一個所接收的參考信號的功率閾值列表。不同CE等級影響消息重復(fù)發(fā)送的次數(shù)，信道條件差的，則需要多發(fā)送幾次。

1 NB-IoT重傳

1.1 物理層處理過程

在NB-IoT上行傳輸中，首先通過NPRACH（窄帶物理隨機(jī)接入信道）隨機(jī)接入過程，UE通過專屬于某個覆蓋等級的NPRACH資源上，發(fā)送preamble碼來提示小區(qū)自身所處的CE等級。根據(jù)不同的覆蓋等級配置NPRACH的配置信息，其中重復(fù)次數(shù)可設(shè)置為{1，2，4，8，16，32，64，128}。

在NB-IoT中，無論上行HARQ（混合自動重傳請求）還是下行HARQ，都只是使用一個HARQ進(jìn)程，這樣可以降低UE并行處理能力和緩存的要求，也使得重傳與前一次傳輸（包括新傳和前一次重傳）之間不必建立固定的時間關(guān)系，使得調(diào)度可以更為靈活。所以，NPDSCH（窄帶物理下行共享信道）和NPUSCH（窄帶物理上行共享信道）的傳輸與其對應(yīng)的ACK/NACK（返回確認(rèn)/錯誤則返回不確認(rèn)）之間在時間上不存在固定關(guān)系，而是由每次傳輸所對應(yīng)的DCI指定的。

1.2 NPUSCH重傳實現(xiàn)過程

圖3為不攜帶系統(tǒng)消息的NPDSCH在時域上的示例。假設(shè)一個TB需要映射4個下行子幀，即NSF=4。如果只重傳一次（NRep=1），則該TB按順序?qū)⒄{(diào)制后的符號映射到4個子幀上；如果重傳4次（NRep=4），則第一個子幀映射完之后，該子幀再重復(fù)發(fā)送三次，然后再將剩余的符號映射到第五個子幀，再重復(fù)三次，依次類推。

2 仿真驗證

2.1 NPUSCH仿真結(jié)果

根據(jù)表1的參數(shù)配置，對平臺程序進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，仿真結(jié)果如圖5所示。

根據(jù)圖5中不同重傳次數(shù)的性能對比，說明重傳次數(shù)越多，數(shù)據(jù)傳輸性能越好，通過上圖可知，重傳16次比重復(fù)1次或者2次增益提升約6dB。

2.2 NPDSCH仿真結(jié)果

在帶內(nèi)模式雙天線下，根據(jù)表2中參數(shù)配置設(shè)置平臺系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖6所示。

通過對比仿真結(jié)果中兩條曲線，說明數(shù)據(jù)重傳32次比重傳1次的性能更優(yōu)，提高增益最大約有4dB。

在獨立模式單天線下，根據(jù)表3參數(shù)配置設(shè)置平臺系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖7所示。

通過對比仿真結(jié)果中的兩條曲線，說明在天線模式下，數(shù)據(jù)重傳256次比重傳32次的性能更優(yōu)，提高增益最大約有2dB。

3 結(jié) 論

NB-IoT通過不同的覆蓋等級，設(shè)置不同的重傳次數(shù)，以適應(yīng)不同的信道條件，可以提高數(shù)據(jù)傳輸性能。本文通過仿真平臺對NPUSCH信道和NPDSCH信道進(jìn)行仿真，發(fā)現(xiàn)重傳次數(shù)對于覆蓋性能的提升存在上限，隨著重傳次數(shù)的增多，覆蓋的增益在下降。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：楊波（1978-），男，廣東人，京信通信技術(shù)（廣州）有限公司集團(tuán)研究院院長。研究方向：無線通信技術(shù)。