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信道和信号别傻傻分不清,戏说NB-IoT下行NPBCH信道

2017/12/20
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本篇承接上篇继续讲解下行物理信道 NPBCH。
 
1   信号与信道的区别
需要特别注意提醒各位的是,前面我们谈到的 NPSS、NSSS、NRS 都是信号,而 PBCH 称为了信道。那么信道和信号有什么区别呢?
 
吴老司的理解就是,信号不承载具体的信息 bit,而信道是要传 data 的(那可是真金白银啊)。举个生活中的例子说明,信号就如红绿信号灯,让人一看就知道是走还是停,而信道就如外墙上电子广告显示屏,里面的内容是需要你去读取的。
 
当然你还可以从其他维度去区分,比如信号是没有上层处理的,一般都是直接在物理层处理,而信道往往有传输信道、逻辑信道等。
 
2  系统消息简介
我们必须知道,系统信息广播(System Information Broadcast)是移动通信系统中的一个非常经典的重要功能,它是将终端和系统联系起来的一个重要纽带。系统信息广播主要提供了接入网系统(无线侧)的主要信息,也包括少量的 NAS 和核心侧的信息,其目的是便于 UE 建立无线连接并使用网络提供的各项功能。对于无线系统而言,系统消息广播功能是必须实现的功能,在 2G/3G/LTE 中都是如此。尤其是终端处在空闲模式下!
 
这里先来简要了解下 LTE 中关于系统消息调度的一个基本原则,就是将系统消息划分为 MIB + several SIBs 两个大块,其中 MIB 称为主信息块 Master Information Block,中间传输的都是最基本、最重要的信息,是终端解读后续 SIBs 的基础。LTE 中 MIB 和 SIBs 的关系说明如下:
 
◢LTE 中 MIB 包含了有限的几个比较重要的系统参数,且是在 BCH 上发送;
 
◢终端必须先读取 MIB 消息,才可以后续读取 SIBs 消息,就如你必须开了大门,才能进卧室的门一样;
 
◢LTE 中 SIBs 包含了其它的必要信息,在 DL-SCH 上发送。尤其注意这里又设计了一个嵌套,就是 SIB1 消息是解读优先级最高的,因为它相当于一个总管,负责调度其他 SIBs 的调度,这种调度又称为 SI。
 
两者的关系具体见下图:
 
 
tips:
NB 中系统消息的调度关系与 LTE 是类似。
 
3   信号与信道的区别
NPBCH 用来承载 MIB-NB(Narrowband Master Information Block),TTI 为 640ms,共计 34bits。而其余系统信息如 SIB1-NB 等承载于 NPDSCH 中。
 
MasterInformationBlock-NB
 
 
 
 

 

梳理下 MIB 内容:
 
1) SFN 的高 4 位,余下 6 位通过 MIB-NB 的编码和辅同步信号携带
 
2) H-SFN 的低 2 位,余下 8 位通过 SIB1-NB 消息中传输
 
3) SIB1-NB 调度信息
 
4) 系统信息值标签,指示是否需要对系统消息更新
 
5) 接入控制使能
 
6) 部署模式及 rasterOffset
 
 
4   NPBCH 的处理过程
NB 中 BCH 的信息处理过程与 LTE 基本是一样的,见下图:
 
 
说明如下:
1) 附加 CRC 校验比特:基于 34bits 的有效载荷计算出 16bits 的校验比特;
 
2) 信道编码:使用 TBCC 编码;
 
3) 速率匹配:输出比特为 1600bits;
 
4) 加扰:使用小区专有扰码进行加扰(每 640ms 重新生成一次扰码序列);
 
5) 调制:QPSK 调制;
 
6) 层映射 / 预编码;
 
7) 资源映射:将 1600bits 切成 8 块,每块成为一个编码子块。对应每个编码子块的调制符号被重复传输 8 次,并扩展到 80ms 的时间间隔上。如下图所示:
 
 
tips:
前面已经提到在 MIB 消息中仅仅告诉了 SFN(最大 1024,正好是 2 的 10 次方,需要 10bit 来表示)的高 4 位,余下 6 位通过 MIB-NB 的编码和辅同步信号携带,这个怎么理解?
 
第一,  在 80ms 内的 4 个 SSS 采用不同的相位循环偏移,即获得了 20ms 级别的帧定时信息;
 
第二,  BL1-BL8,8 个编码子块用到的扰码不一样(80ms 内重复传输 8 次扰码相同,但是 80ms 一次后然后换扰码,再重复 8 次。实际上 640ms 内的内容都是相同的),即获得了 80ms 级别的帧定时信息;
 
两者结合正好可以指示 64 种定时信息,也即搞定了 SFN 的后 6 位。
 
5  NPBCH 资源映射
 
 
◢固定在每个帧的第 0 号子帧上发送,周期为 10ms,频域上 12 个子载波
 
◢和 LTE 一样,NB-PBCH 端口数通过 CRC mask 识别(请看 NPBCH 处理过程的第一步),区别是 NB-IOT 最多只支持 2 端口。NB-IOT 在解调 MIB 信息过程中确定小区天线端口数。
 
◢在三种 operation mode 下,NB-PBCH 均不使用前 3 个 OFDM 符号(时域上 11 个符号)。因为终端在解码 MIB 消息之前仍然无法知晓系统到底采用哪种部署模式,所以无论在哪种 operation mode 模式下 NPBCH 假定存在 4 个 LTE CRS 端口,2 个 NRS 端口进行速率匹配。
 
6  结束语
本篇主要讲到下行 NPBCH 信道,下期吴老司接着撩其他信道。
 
本文授权转载自“吴老师聊通信”,如需转载请联系“吴老师聊通信”微信公共帐号。

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电子产业图谱

吴细刚,一位在移动通信行业耕耘十年的老兵。创办“吴老师聊通信”微信公号,并将“吴老司撩NB-IoT系列”文章汇集成册,发表《NB-IoT从原理到实践30讲》一书。