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NB-IoT物理控制信道NB-PDCCH及资源调度机制

来源:六九路网
“物联网与智慧城市”专题 N B—lot物理控制信道N B—PDCCH及资源调度机制 卢斌 (中国电信股份有限公司广东研究院,广东广州51063()) I摘要】 为了研究NB.1eT.物理控制信道NB.'PDCCH] ̄.资源调度机制,在介绍NB—IcT:技术特点的基础上,对物理控制信道 NB.PDCC]H特点进行分忻,并对NB—PDCCHA2承载的Dcl信息种类和特点进行详细的阐述.同时深入分析。fNB— PDCCH的资源调度机制.为NB。IoT网络无线资源调度的研究测试和优化提供参考。 【关键词l NB.1oT NB..PDCCH 资源调度 dokl0.3969/j issn 1006—1010.2{}16 23.0{B 中图分类号:TN929 文献标志码:A 文章编号:1006一iolo(2o16)23一f)(J17一()4 引用格式:卢斌NB—IcTUSeS ̄]信道NB—PDCCH ̄.资源调度机制II1移动通信,2f)16,4fJ (23):17—2(J Analysis on NB-PDCCH Resource Scheduling in NB——loT LUBi“ (Gu g I】g Rc ̄earch Institute ofChina Felecom Co,Ltd,Guangzhou 5106NL h_f1a) [Abstract】 ln order tO analyze N B—loT physical contr’ol channel NB—PDCCH and radio resource schedulng,based on idescription of technical features Of NB—IO characteristics of physical controI channel NB-PDCCH were presented. The types and features Of DCl inf.0rmation on NB.-PDCCH were expounded.Radio resource schedu!ing of NB— PDCCH was analyzed to provide a usethl refcence to trhe research and the optimization of NB—lot network radio resource scheduling. 13CCH re ̄ource scheduling [Key words】 NB—10T NB—P'1引言 在3GPP第69次RAN全会上,NB.1oT(窄带物联 网)通过立项。根据立项文档,3GPP标准组织拟制 宽相同;2)下行采用OFDMA,子载波间隔为1 5 kHz (和LTE相同);上行支持两种模式,多载波15 kHz 和单载波3.75 kHz;3)全新的物理信道和信号,对下 行的PBCH、PDSCH、PDCCH采用单一的TM传输模 式;4)降低终端成本和功耗,采用半双工方式,一根 定一种全新的蜂窝物联网技术,使用现有授权频谱资 源满足广覆盖、低功耗、低速率的物联网业务需求。 NB 1ot标准计划在20l6年6月份完成冻结,2016年第4 季度进行外场测试,20 l 7年上半年实现商用。 根据NB.10T目前已达成的规范,其具备以下特点…: 1)带宽为1 80 kHz,和现有[TE系统的一个PRB的带 接收天线;5)为充分利用现有LTE网络资源,同时提 供灵活的零散频率资源部署,NB.IoT建议部署模式: 独立模式、保护带模式和带内模式。 NB—loT计划实现的目标包括:I)实现广域覆盖和 深度覆盖,比传统的GPRS技术增强20 dB;2)实现大容 量终端接入;3)实现降低的终端成本,每个终端低于5 收稿日期:2{)16一If)一27 美元;4)实现低功耗,在5wh时提供大于l0年的支持。 本文将重点分析NB,PDCCH资源调度方式。 责任编辑:黄耿东huanggengdong@mbcom.CI'I 矽201墓嚣 I6年第23期I 1l7, “物联网与智慧城市”专题; 2下行控制物理信道NB.PDCCH NB.IoT采用全新的无线技术,但大部分还是基于 LTE技术的,其下行控制物理信道NB.PDCCH的定义 和功能也参照了LTE中的PDCCHt’ ,如图l所示: .6个子载波作为另一个CCE。CCE聚合等级支持两种, 即AL=lCCE和AL=2CCE。其中组成AL=2的两个CCE 位于相同子帧,并且重复传输仅支持AL=2。鉴于NB. IoT基本上都利用重复传输技术来进行覆盖增强,所以 ! . CCE聚合等级大部分采用AL2。图2表示了单个PRB的 ●●●●●● 引 ●●●● CCE分布,其中NB—loT下行参考信号NB.RS分布在每 个SLOT的最后两个OFDM符号上。 在图2的右边中,描述了NB.PDCCH资源映射: 在 ̄inBand操作模式时,从子帧中第一个OFDM符号 开始使用资源;对于inBand操作模式时,根据SIB 1配 置的起始OFDM符号开始使用资源,避开现有LTE控制 图1 NB loT的物理信道时域帧结构 口口口■口 Ⅲ邶 瑚m 域的OFDM符号和参考信号的LTE.RS的位置。 根据上述NB—PDCCH的资源映射,决定了NB—loT 在NB.IoT技术中,在频域上只有1 80 kHz,即一 个PRB宽度。从时域上看,NB.IoT系统的下行帧结构 和现有LTE系统类似,只不过每个子帧在频域上只包 含1 2个子载波,其时域帧结构每个OFDM symbol、 slot、以及Subframe的持续时间与LTE完全一致。下行 的最小资源分配单元即最/j\RU(Resource Unit)是一 个子帧,即一个子帧12个子载波。 而下行控制信道NB.PDCCH是符合上述帧结构 的。细化到具体的时频资源,如图2所示: (a)传统LTE调度 6 5 ‘ ~ ㈨ 一 的控制域对资源的调度为跨子帧调度,和传统的LTE 子帧内调度机制不同,如图3所示: DCI信息数据作J=}j 指 ,子帧内部 DCI信息数据作用 指示.跨 赖调度 / ,———、 (b)NB-IoT调度 图3 DCI信息资源调度示意 鬈 口 ■ 口 口 3 -- ,2 …”l 跨子帧调度会影响资源调度的相应时间(时延特 ■ ■ 6 5 4 性)。这里意味着NB.1oT的子帧格式,一种携带仅 控制信息,一种仅携带业务数据(inBand部署模式除 I 3 2  1_ 鐾 薏 外),标准中暂不会出现同时携带控制信息和业务数 据的混合子帧。 图2 NB—PDCCH对应的CCE ̄DCRS分布 3 NB.PDCCH承载的DC1种类和特点 如图2所示,在一个子帧中,NB.PDCCH占用 l2个子载波,承载DCI信息的颗粒度不是单个RE或 REG,而是使用CCE。这里的ccE和LTE的定义不 同,CCE大小为半个PRB pair,具体为:1个PRB pair 中,定义两个CCE,其中频域(子载波)编号较高的 6个子载波作为一个CCE,频域(子载波)编号较低的 和LTE类似,NB-PDCCH对业务资源的调度也是通 过DCI格式进行分类 ,。。川。从第三节可知,对LTE来 说,PDCCH调度分配只对其传输的同一子帧有效,采 用的DCI格式分为格式l、lA、1B、1D、2、2A、2B和 2C,使用的DCI格式取决于配置的发送模式,并允许在 控制信息开销和调度灵活性之间进行折中。 18 l 器蠹臻 i;“物联网与智慧城市”专题;ii; ; 对于NB.IoT,对于所有覆盖类型和操作模式, 度时延,按照规范,该数值与NB—PDCCH、NB.PUSCH的 重复传输次数有关,定时间隔的最小值是8 ms,取值集 合为{8,16,32,64),分别针对不同的覆盖等级,具体 参见文献【2]。 3)Modulation and coding scheme:4 bits,表示 用于下行调度的DCI和用于上行调度的DCI具有相同 的Size(bitS)。DCI格式分为四种:N0(用于UL Grant)、N1(用于DL Grant)、N2(用于paging)、 N3(DL Grant)。CSS也可以搜N0/N1,公共搜素空 间有两个(RAR和paging),RAR搜索空间可检测 NO、N 1和N3,paging搜索空间仅检 ̄IJN2。N2Format 1 6中不同的MCS的索引值,包括multi.tone QPSK、 single—tone pi/2一BPSK ̄Hpi/4一QPSK。 N3为调度RAR使用,并不是独立的fo rmat,属于 format N1的一种情况。DCI format N0如表1所示: 表1 DCI format NO Field Size/bits 4)Redundancy version:1 bit,针对Multi—tone ̄H 1 6 3 2 4 。2 Singal-tone,通过这个比特分别表示Rv0和Rv2不同 n 版本。 5)DCI subframe repetition number:2 bits,用于 Flag for format N0/format N 1 differentiation Subcarrier indication Resource assignment Scheduling delay Modulation and coding scheme Redundancy version New data indicator DCI subframe repetition number Repetition number Sum 表示NB—PDCCH重复传输的次数(用于Paging的CSS 除外),共4种。 6)Repetition numbe:3 bits。目前该数值尚未最 后确定,指示NB—PUSCH重复传输的次数。根据文献 [3],3 bits表示了{1,2,4,8,l6,32,64,128}中的一种。 DCI format Nl女口表2所示: 表2 DCIformatN1 Field Flag for format N0/format N 1 differentiation Size,bits (agreed) (agreed) ・格式NO用于uL Grant,其各个字段分别说明如下: 1)Flag for format N0/format Nl differentiation: Scheduling delay Resource assignment Modulation and coding scheme DCI subframe repetition number New data indicator (agreed) 指示格式为NO或N 1。 2)Subcarrier indication:指示子载波,可以取值 为5或6。 l(agreed) (agreed) (agreed) 4(open) 4(open) 22 Repetition number 5用于上行子载波间隔为l 5 kHz的情况。根据规 范定义,有效的NB.PUSCH的子载波资源集合为fl2, 6,3,l},表示子载波资源分配可按照12、6、3、1个 HARQ—ACK resource Sum 格式Nl用于DL Grant,和N0不同的字段说明如下: I)HARQ—ACK resource:指示HARQ.ACK信 进行分配,不支持其他数量的资源。比如全部l 2个子 载波作为一个整体图样进行分配,则指示为{0,l,2, 3,4,5,6,7,8,9,10,lI},每3个不交叠子载波资源分 配指示分别为{0,1,2)、{3,4,5)、{6,7,8)、{9,l 0, l1)。以此类推,共计20种图样,用5个比特表示。 6用于上行子载波间隔为3.75 kHz的情况,共有48 个不交叠的子载波图样。 1)Resource assignment:3 bits,用于指示TTI 息,代替传统LTE的PHICH信息指示,目前规范尚未 确定具体数值。 2)Repetition numbe:4 bits。目前该数值尚未最 后确定,指示NB.PDSCH重复传输的次数。根据文献 【4],4 bits表示了{l,2,4,8,l6,32,64,128,256,5l2, l024,2048}中的一种。 DCI format N2如表3所示。 bunding的大小,取值集合为{1,2,3,4,5,6,8,10}。 2)Scheduling delay:2 bits,用于指示NB. 格式N2用于paging,分为Paging ̄HDirect Indication 两种,字段说明如下: 1)Flag for paging/direct indication differentiation: PDCCH ̄束时点和NB.PUSCH数据发送开始时点之间的调 秒 嚣 l201 36年第2期l  1 9强 ;“物联网与智慧城市”专题;i 表3 DCIformatN2 Paging Direct Indication Field Flag for paging/direct indication diierentfiation Resource assignment Modulation and coding Size/bits Field Flag for paging/direct indication difrerentiation Size/bits 1(agreed) l(agreed) UptoRAN2 3(agreed) 4(agreed) 2(agreed) 4(open) 14 Direct Indication information Reserved information bits Bits are added until the size is equal tO that offormat N2 with Flag=1 scheme DCI subframe repetition number Repetition number Sum Sum l4 格式的标志区分。 参考文献: [1]RP一151621.New Work Item:NarrowBand lOT(NB-IoT), Qualcomm Incorporated[R].2015. [2】R1-162626.DCI for NB-IoT[R].2016. 【3]R1—163341.NB-PUSCH design[R].2016. [4]R1-161805.NB—PDSCH design[R].2016. 2)Direct Indication information,8 bits,直接指示 系统更新信息。 3)Reserved information bits,信息保留位。 DCI format N3如表4所示: 表4 DCIformatN3 Fields Size/bits [5】戴国华,余骏华.NB.1oT的产生背景、标准发展以及特 Sc h eduling delay betwe en end 。…and stan 0fdata tfansmission Number of resource units 64, 蒌d/> '{1l ̄28  4 ms,R 性和业务研究[J】.移动通信,2016,40(7):31.36. [6]R1—162628.UCI orf NB-IoT[R].2016. 128},当Rmax 时取值{0,l6 32,64 128,256,5l2,1024}) [7]RI一161933.NB—PDCCH Design[R].2016. [8]RI-162060.Summary ofNB—PUSCH Subcarrier Allocation 3{1,2,3,4,5,6,8,10l M。 i “ 。djng scheme 4(QPSK, ̄3hTTBS680 bits) , 【RI.2016. [9】R1-161859.Remaining issues on NB—PDCCH design orf NB-IoT[R].20 1 6. Thenumber of repetitions 1 , 24 , 8 ,16 ,3 2,6 4128 ,, ,,,, DCI subframe repetition 2(取值为Rn'lax、Rmax/2、Rmax/4、 number Sum Rmax/8) l6 [10】R1—161821.NB-IoT—DCI content[R].2016. [11]Rl一16l841.DCI design orNB—fIoT[R].2016.★ Format N3为调度RAR使用,并不是独立的format, 属于format N1的一种情况。 4结论 NB—IoT的NB—PDCCH是重要的物理控制信道之 一,其设计特点和资源调度对系统的性能有重要的影 响。NB-loT的PDCCH时频结构和传统LTE有一定差 异,其承载的DCI信息针对物联网特点进行了优化配 卢斌:高级工程师,工学博士,现 任职于中国电信股份有限公司广东 研究院,主要研究方向为LTE系统 移动通信及物联网技术。 置,PDCCH的无线资源调度机制充分体现了有限资源 和较高效调度效率的特点,为NB.1oT网络无线资源调 度的研究测试和优化提供有用的参考。 20 I 翟嚣 

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