1、NPBCH信道

　　NPBCH信道與LTE的PBCH不同，廣播周期為640ms，重復(fù)8次發(fā)送，如下圖，終端接收若干個(gè)子幀信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。

　　NPBCH以64個(gè)無線幀為循環(huán)，在mod 64=0的無線幀上的0號(hào)子幀進(jìn)行傳輸，同樣的內(nèi)容在接下來連續(xù)的7個(gè)無線幀中的0號(hào)子幀進(jìn)行重復(fù)傳輸，NPBCH不可占用0號(hào)子幀的前三個(gè)OFDM符號(hào)，以避免與LTE大網(wǎng)的CRS以及物理控制信道的碰撞。根據(jù)3GPP 36.211R13定義，一個(gè)小區(qū)的NPBCH需要傳輸1600bit，采取QPSK調(diào)制，映射成800個(gè)調(diào)制符號(hào)，而每8個(gè)無線幀重復(fù)傳輸，64個(gè)無線幀將這800個(gè)調(diào)制符號(hào)傳完，意味著每8個(gè)無線幀重復(fù)傳輸100個(gè)調(diào)制符號(hào)，那么在這8個(gè)無線幀的每個(gè)0號(hào)子幀中需要傳輸這100個(gè)調(diào)制符號(hào)。這里進(jìn)行一個(gè)簡單的計(jì)算，一個(gè)NB-IoT子幀包含12X7X2=168個(gè)RE，去掉前三個(gè)OFDM符號(hào)，去掉NRS占用的RE，再去掉CRS占用的RE（假設(shè)為雙端口發(fā)射），那么一共有168-12×3-4×4-4×2=100個(gè)RE，恰好對應(yīng)100個(gè)QPSK調(diào)制符號(hào)，因此每個(gè)無線幀上的0號(hào)子幀恰好裝滿了NPBCH的符號(hào)。

　　2、NPDCCH信道

　　LTE的PDCCH固定使用子幀前幾個(gè)符號(hào)，NPDCCH與PDCCH差別較大，使用的窄帶控制信道資源（Narrowband Control Channel Element，NCCE）頻域上占6個(gè)子載波。Standalone和 Guardband模式下，可使用所有OFDM符號(hào)；Inband模式下，需錯(cuò)開LTE的控制符號(hào)位置，如下圖。

　　NPDCCH最重大次數(shù)可配，取值范圍凡{1,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1024,2048}。

　　NPDCCH有兩種格式（Format），如下圖。

　　NPDCCH Format0的聚合等級(jí)（Aggregation Level），AL=1，占用NCCE0或NCCE1。

　　NPDCCH Format1的聚合等級(jí)AL=2，占用NCCE0和NCCE1。

　　相比LTE下行較多的物理控制信道，NB-IoT只有NPDCCH信道傳遞控制信息。窄帶物理控制信道通過連續(xù)的一個(gè)或者聚合兩個(gè)NCCE的方式進(jìn)行傳輸。一個(gè)NCCE占據(jù)6個(gè)連續(xù)的子載波，其中NCCE0占據(jù)0～5子載波，NCCE1占據(jù)6～11子載波。每個(gè)NPDCCH是以R個(gè)連續(xù)的NB-IoT下行子載波進(jìn)行重復(fù)傳輸?shù)摹?br />
　　NPDCCH有三種搜索空間。

　　第一種是Typel-NPDCCH公共搜索空間，UE通過檢測該搜索空間獲取尋呼消息。

　　第二種是Type2-NPDCCH公共搜索空間，UE通過檢測該搜索空間獲取隨機(jī)接入響應(yīng)消息（RAR）。

　　第三種是UE專用NPDCCH搜索空間，UE通過檢測專屬空間獲取專屬控制信息。

　　僅在聚合等級(jí)AL=2時(shí)，可以配置重復(fù)傳輸。在無NPDCCH重復(fù)傳輸?shù)那闆r下，任何子幀可選擇3種盲檢候選集；在 NPDCCH重復(fù)傳輸?shù)那闆r下，子幀可選擇4種盲檢候選集。

　　NPDCCH的起始子幀位置，如果是Typel-NPDCCH公共搜尋空間模式，以k0為起始位置，這也是尋呼的起始位置。尋呼消息是在尋呼幀（Paging Frame，PF）的尋呼時(shí)刻（Paging Occasion，PO）上發(fā)出的，因此UE需要周期性地監(jiān)聽這些位置。如果defaultPaging Cycle=rf256，nB=twoT，SFN mod T=（T divN）*（UE ID mod N），i_s=floor（UE ID/N）mod Ns，UE ID=IMSI mod 4096（LTE UE ID=IMSI mod 1024）。例如IMSI為460003313889448，經(jīng)過計(jì)算UEID為168，那么PF為mod256=168的無線幀，PO為0號(hào)子幀，那么UE就需要偵聽無線幀為168，子幀0上是否有P-RNTI，并且以256無線幀為周期循環(huán)偵聽P-RNTI。

　　UE還需偵聽連續(xù)的R-1個(gè)子載波，獲得可靠的重復(fù)發(fā)送NPDCCH，R是根據(jù)Rmax和DCI子幀連續(xù)數(shù)共同決定的。UE如果沒有把連續(xù)的Rmax通過獲取小區(qū)系統(tǒng)消息塊SystemInformation Block Type2-NB中的控制信息radio Config Common中的參數(shù)npdcch- Num RepetitionPaging獲取，該參數(shù)取值范圍為{r1,r2,r4,r8,r16,r32,r64,r128,r256,r512,r1024,r2048}。

　　假設(shè)Rmax取值為64，DCI子幀重復(fù)數(shù)取值為3，對應(yīng)R取值為8，那么根據(jù)以上尋呼起始位置的計(jì)算，意味著UE需要周期偵聽無線幀168+256n（n=0,1,2,3…），子幀0，同時(shí)連續(xù)重復(fù)8個(gè)子幀獲取NPDCCH中的尋呼消息。這里DCI子幀連續(xù)數(shù)并不是高層消息告知UE的，UE采取盲檢機(jī)制逐步嘗試檢測所有的DCI模式。如果沒有檢測到連續(xù)的控制信息，UE會(huì)將已檢測到的NPDCCH丟棄。由此可見，NB-IoT對于控制信道的解碼可靠性較高。

　　當(dāng)然，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)實(shí)際配置NPDCCH時(shí)需要與NPBCH的時(shí)隙錯(cuò)開，因此UE會(huì)嘗試在非子幀0的其他子幀開始檢測NPDCCH。NB-1oT也可以采取多載波的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)側(cè)需要將NPSS，NSSS，NPBCH與UE專屬NPDCCH分別配置在不同的載波。NPDCCH在子幀中的起始位置INPDCCHStart取決于SIB1-NB里的eutra RegionSize參數(shù)設(shè)置，對于Type2-NPDCCH和UE專屬NPDCCH的起始位置確定方式與Type1有所不同。

　　3、NPDSCH信道

　　NPDSCH頻域資源占12個(gè)子載波，如下圖，Standalone和Guardband模式下，使用全部OFDM符號(hào)。Inband模式下需錯(cuò)開LTE控制域的符號(hào)，由于SIN1-NB中指示控制域符號(hào)數(shù)，因此如果是SIB1-NB使用的NPDSCH子幀，則需固定錯(cuò)開前3個(gè)符號(hào)。

　　NPDSCH調(diào)制方式為四相相移鍵控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK），重復(fù)次數(shù)為{1,2,4,8,16,32,64,128,192,256,384,512,768,1024,1536,2048}。

　　NB-IoT對于NPDSCH的傳輸穩(wěn)定性極為關(guān)注，通過重復(fù)傳遞同一NPDSCH的方式確保傳輸?shù)馁|(zhì)量，這也是NB-IoT宣稱的強(qiáng)化覆蓋技術(shù)手段之一。NPDSCH可以承載BCCH，例如承載系統(tǒng)消息，也可以承載一般的用戶數(shù)據(jù)傳輸。對應(yīng)這兩種承載，傳輸信號(hào)加擾的方式有所不同。同時(shí)，子幀重復(fù)傳輸?shù)哪Ｊ揭灿兴煌?br />
　　承載NPDSCH的子幀以及占位有一定規(guī)則，NPDSCH的子幀不可以與NPBCH、NPSS或者NSSS的子幀復(fù)用。另外，承載子幀中NRS和CRS的位置既不作為NPDSCH，也不作為符號(hào)匹配。

　　在收到傳輸NPDCCH以及DCI的最后一個(gè)子幀n后，UE嘗試在n+5子幀為其之后的N個(gè)連續(xù)下行子幀（不含承載系統(tǒng)消息的子幀）進(jìn)行對應(yīng)NPDSCH的解碼。這N個(gè)連續(xù)下行子幀的計(jì)算方法是：N=Nrep×NSF，其中，Nrep是指每一個(gè)NPDSCH子幀總共重復(fù)傳輸?shù)拇螖?shù)，NSF是指待傳數(shù)據(jù)需要占用的子幀數(shù)量。這兩個(gè)因素都是根據(jù)對應(yīng)的DCI解碼得出的，在協(xié)議中可以查表得出對應(yīng)關(guān)系（36.213 R13 16.4.1.3）。需要注意的是，DCI有兩種不同的格式，即N1格式和N2格式。在UE預(yù)期的n+5子幀以及實(shí)際傳輸NPDSCH的起始子幀之間存在調(diào)度延遲，如果是N2格式，該調(diào)度延遲為0；如果是NI格式，可以根據(jù)DCI的延遲指示Idelay和NPDCCH的最大重傳Rmax，依據(jù)協(xié)議規(guī)定（36.213R13表16.4.1-1）共同確定調(diào)度延遲。另外在UE通過NPUSCH上傳數(shù)據(jù)之后的三個(gè)下行子幀之內(nèi)不傳輸NPDSCH數(shù)據(jù)。另外一種在物理層體現(xiàn)延遲傳輸NPDSCH的技術(shù)是設(shè)置GAP，GAP的長度由系統(tǒng)消息中的公共資源配置參數(shù)決定，這也為半雙工FDD數(shù)據(jù)傳輸模式提供了更多的緩沖機(jī)制。

　　NPDSCH承載系統(tǒng)消息和承載非系統(tǒng)消息數(shù)據(jù)的物理層流程以及幀結(jié)構(gòu)有所不同。承載非系統(tǒng)消息數(shù)據(jù)的NPDSCH每個(gè)子幀先重復(fù)發(fā)送，直到N=Nrep×NSF個(gè)子幀都傳輸完。而承載系統(tǒng)消息的NPDSCH先傳輸NSF個(gè)子幀，再循環(huán)重復(fù)，直到N=Nrep×NSF個(gè)子幀都傳輸完。這兩種傳輸方式占用資源的方式相似，之所以在重復(fù)傳輸機(jī)制上有所差異，可能主要還是考慮UE對于系統(tǒng)消息響應(yīng)的及時(shí)程度。對于承載非系統(tǒng)消息數(shù)據(jù)的NPDSCH，是通過對應(yīng)NPDCCH加擾的P-RNTI、臨時(shí)C-RNTI或者C-RNTI進(jìn)行解碼的，同時(shí)NPDSCH持續(xù)占用的子幀情況也是通過解碼DCI予以明確的。與之不同的是，承載系統(tǒng)消息的NPDSCH起始無線幀以及重復(fù)傳輸占用子幀情況是通過解碼小區(qū)ID和MIB-NB消息中的schedulingInfoSIBI參數(shù)獲得的，當(dāng)然這樣承載系統(tǒng)消息的NPDSCH是通過SI-RNTI進(jìn)行符號(hào)加擾的。SIB1-NB是在子幀4進(jìn)行傳輸?shù)摹Ｔ谧訋瑑?nèi)具體的起始位置則取決于組網(wǎng)方式，如果NPDSCH承載SIBI-NB并且是帶內(nèi)組網(wǎng)模式，則從第4個(gè)OFDM符號(hào)開始（避開前三個(gè)OFDM符號(hào)），其他組網(wǎng)模式從第一個(gè)OFDM符號(hào)（0號(hào)OFDM符號(hào)）開始。如果 NPDSCH承載其他信息，說明此時(shí)已經(jīng)正確解碼了SIB1-NB，那么通過解讀SIB1-NB中的eutraControlRegionSize參數(shù)來獲取起始位置，如果該參數(shù)沒有出現(xiàn)，那么從0號(hào)OFDM符號(hào)開始傳輸。

　　除了承載系統(tǒng)消息以及非系統(tǒng)消息（一般用戶數(shù)據(jù)、尋呼信令等），NPDSCH還承載對上行信道NPUSCH的ACK/NACK消息，位置是NPUSCH傳完子幀之后的第4個(gè)子幀。

　　通過對于整個(gè)NB-IoT下行物理層結(jié)構(gòu)以及流程的了解，NB-IoT利用了延遲以及重傳幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及可靠性，提升了覆蓋性能。這表明技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展方向是滿足應(yīng)用需求，而不是以技術(shù)本身的指標(biāo)為考量。

　　4、窄帶參考信號(hào)NRS

　　如同LTE的CRS，窄帶參考信號(hào)也是NB-IoT里面重要的物理層信號(hào)，作為信道估計(jì)與網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量評(píng)估的重要參考依據(jù)。在UE沒有解讀到MIB-NB里面的operation Modelnfo字段時(shí)，UE默認(rèn)NRS（窄帶參考信號(hào)）分別在子幀0、4和9（不包含NSSS）上進(jìn)行傳輸。當(dāng)UE解碼MIB-NB中的operation Modelnfo字段指示為Guardband或者Standalone模式后，在UE進(jìn)一步解碼SIB1-NB前，UE默認(rèn)NRS在子幀0,1,3,4和9（不包含NSSS）上進(jìn)行傳輸。解碼SIB1-NB后，UE默認(rèn)NRS在每個(gè)不含NPSS或者NSSS的NB-IoT下行子幀進(jìn)行傳輸。當(dāng)UE解碼MIB-NB中的operation Modelnfo字段指示為inband-SamePCI或者inband-DifferentPCI模式后，在UE解碼SIBI-NB之前，UE默認(rèn)NRS在子幀0,4,9（不包含NSSS）上進(jìn)行傳輸。當(dāng)UE解碼SIB1-NB之后，UE默認(rèn)在每個(gè)不含NPSS或者NSSS的NB-IoT的下行子幀進(jìn)行傳輸。

　　5、主同步信號(hào)

　　NB-IoT的主同步信號(hào)（NPSS）僅作為小區(qū)下行同步使用。在NB-IoT中主同步信號(hào)傳輸?shù)淖訋枪潭ǖ模瑫r(shí)對應(yīng)的天線端口號(hào)也是固定的，這也意味著在其他子幀傳輸?shù)闹魍叫盘?hào)的端口號(hào)并不一致，如下圖。

　　圖中黑色部分為CRS的位置，灰色部分為NPSS位置。值得注意的是，傳輸NPSS的5號(hào)子幀上沒有NRS窄帶參考信號(hào)。另外如果在帶內(nèi)組網(wǎng)模式下與CRS（小區(qū)參考信號(hào)）重疊，重疊部分不計(jì)作NPSS，但是仍然作為NPSS符號(hào)的一個(gè)占位匹配項(xiàng)。

　　6、輔同步信號(hào)

　　與NPSS位置部署原則大體一致，輔同步信號(hào)（NSSS）部署在每個(gè)無線幀的9號(hào)子幀上，從第4個(gè)OFDM符號(hào)開始，占滿12個(gè)子載波。該9號(hào)子幀上沒有NRS（窄帶參考信號(hào)），另外如果在帶內(nèi)組網(wǎng)模式下雨CRS（小區(qū)參考信號(hào)）重疊，重疊部分不計(jì)作NSSS，但是仍然作為NSSS符號(hào)的一個(gè)占位匹配項(xiàng)，如下圖。

　　圖中黑色部分為CRS的位置，灰色部分為NSSS的位置。與LTE大王中PCI需要通過PSS和SSS聯(lián)合確定不同，窄帶物聯(lián)網(wǎng)的物理層小區(qū)ID僅僅需要通過NSSS確定（依然是504個(gè)唯一標(biāo)識(shí)），這意味著NSSS的編碼序列有504組。

　　從UE角度看，NB-IoT下行是半雙工傳輸模式，子載波帶寬間隔是固定的15kHz，每一個(gè)NB-IoT載波只有一個(gè)資源塊（Resource Block，RB）下行窄帶參考信號(hào)被布置在每個(gè)時(shí)隙的最后兩個(gè)OFDM符號(hào)中，每個(gè)下行窄帶參考信號(hào)都對應(yīng)一個(gè)天線端口，NB-IoT天線端口是1個(gè)或者2個(gè)。物理層同樣被分配了504個(gè)小區(qū)ID，UE需要確認(rèn)NB-IoT的小區(qū)ID與LTE大網(wǎng)PCI是否一致，如果二者一致，那么對于同頻的小區(qū)，UE可以通過使用相同天線端口數(shù)的LTE大網(wǎng)小區(qū)的CRS（小區(qū)參考信號(hào)）來進(jìn)行解調(diào)或者測量。UE除了通過NSSS確定小區(qū)物理ID之外，還需要像LTE大網(wǎng)小區(qū)駐留流程一樣，根據(jù)這兩個(gè)同步信號(hào)進(jìn)行下行同步，NPSS位于每個(gè)無線幀的第6子幀的前11個(gè)子載波處，NSSS位于每個(gè)無線幀的第10子幀上的全部12個(gè)載波處。