NB-IoT与LTE差异

一、简介

NB-IoT是基于FDD LTE技术改造而来，包括帧结构、下行OFDMA、上行SC-FDMA、信道编码、交织等大部分沿用LTE技术，可以理解为一种简化版的FDD LTE技术。

这正是NB-IoT被号称为史上最快完成的通信标准的主要原因（半年多就完成），这带来的另一个好处是与现有LTE相容，减少NB-IoT的设备和软件投入，以快速抢占物联网风口。
但也有不同之处。以下我们一边介绍NB-IoT，一边对比LTE。

二、NB-IoT

1、传输方案

下行传输方案
NB-IoT下行与LTE一致，采用正交频分多址(OFDMA)技术，子载波间隔15kHz，时隙、子帧和无线帧长分别为0.5ms、1ms和10ms，包括每时隙的OFDM符号数和循环前缀（cyclic prefix）都是与LTE一样的。
NB-IoT载波带宽为180KHz，相当于LTE一个PRB(Physical Resource Block)的频宽，即12个子载波*15KHz/子载波=180KHz，这确保了下行与LTE的相容性。比如，在采用LTE载波带内部署时，可保持下行NB-IoT PRB与其它LTE PRB的正交性。

上行传输方案
NB-IoT上行支持多频传输（multi-tone）和单频（single- tone）传输。
多频传输基于SC-FDMA，子载波间隔为15kHz，0.5ms时隙，1ms子帧（与LTE一样）。单频传输子载波间隔可为15KHz以及3.75KHz，其中15KHz与LTE一样，以保持两者在上行的相容性；其中当子载波为3.75KHz时，其帧结构中一个时隙为2ms长（包含7个符号），15KHz为3.75KHz的整数倍，所以对LTE系统有较小的干扰。
与下行一样，NB-IoT上行总系统带宽为180KHz。
2、部署方式

众所周知，NB-IoT分为三种部署方式：独立部署（Stand alone）、保护带部署（Guard band）和带内部署（In-band）。独立部署适用于重耕GSM频段，GSM的信道带宽为200KHz，这刚好为NB-IoT 180KHz带宽辟出空间，且两边还有10KHz的保护间隔。保护带部署利用LTE边缘保护频带中未使用的180KHz带宽的资源块。带内部署利用LTE载波中间的任何资源块。
与LTE一样，NB-IoT终端在开机并搜索载波（小区）时，会在可能的频率范围内重复PSS/SSS的搜索和检测过程，直至搜索到相应的载波（NB-IoT锚定载波），频率扫描的栅格（raster）大小为100kHz。
所谓栅格（raster）也是用于调整LTE载波频率位置的最小单位，表示各个频点间的间隔应该是100KHz的整数倍，相当于一条高速路划分为若干车道，两个车道之间的中心距离为100KHz的整数倍。手机终端在频率扫描是就是按100KHz整数倍来扫描的。
这个100KHz的频率扫描栅格（raster）意味着在带内部署时，NB-IoT锚定载波必须位于确定的PRB中。例如，对于10MHz带宽的LTE,NB-IOT既不能占用同步和广播信道所在的PRB,又要满足100kHz raster要求, 因此其带内NB-IoT只能位于4, 9, 14, 19, 30, 35, 40, 45号PRB。
3、同步

同步是蜂窝通信系统中一个重要环节。当终端第一次开机后，需要检测一个"合适的小区"(suitable cell)来驻留，然后获取符号、子帧、帧定时以及与载波频率同步。为了频率同步，终端需要从基站获取同步信息，同步调校，以纠正因本地振荡器不精准而引起的频率偏差。另外，由于存在多个小区，终端需基于NB-PCID识别其指定小区。
因此，整个同步过程实际包括时间同步校准，频偏校正，获取CI和子帧和帧号参考。
NB-IoT的特点是低成本和强覆盖。低成本意味着NB-IoT终端配置低成本的晶振，其初始载波频偏可高达20 ppm。加之我们前文所述的带内和保护带部署模式下会引入额外的2.5KHz或7.5KHz栅格偏移，这会进一步加大载波频偏。对于NB-IoT的另一个特点———增强覆盖，意味着很多终端位于地下室一类的非常低的SNR网络环境。
同时NB-IoT对同步序列进行了改动，NPSS和NSSS被用来完成同步，NPSS占用每帧的子帧＃5，NSSS占用每个偶数帧的子帧＃9。 NPSS用于获取符号定时和载波频偏，NSSS用于获取NB-PCID，时长为80ms块。对于超低SNR环境下的终端，要完成检测，单个10ms时间是不够的，需要一个累计的过程，多个10ms才行。NPSS就是基于这样的时间累计来设计的，其原理就是用时间来换精确性，用加权累积过程来纠正频偏。覆盖信号越差的终端，需要的累加次数越高。
NPSS和NSSS同步完成后，终端获取了符号定时、载波频偏和NB-PCID等信息。然后，终端获取MIB信息，其通过位于每帧中的子帧#0的NPBCH信道广播。NPBCH由8个自解码子块组成，每个子块重复8次，每个子块占用8个连续帧的子帧＃0，这样设计的目的就是为了让处于深度覆盖的终端成功获取信息。
通过以上设计，NB-IoT有效的补偿了载波频偏，并完成NPSS和NSSS同步、获取MIB信息。至于栅格偏移，尤其是7.5KHz的偏移，有点不好解决。

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