NB—IoT的重传性能研究

摘 要：本文首先介绍了NB-IoT的技术特点及覆盖等级；然后具体介绍了NB-IoT物理层重传的处理过程，分别从NPUSCH和NPUSDH两个不同信道的物理层资源映射举例说明；最后给出在相同参数配置下不同重传次数仿真结果，说明重传对于NB-IOT覆盖性能的影响。

关键词：NB-IoT；覆盖等级；重传

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：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

窄帶物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）是面向低功耗、广覆盖的全球统一标准，可依托现有蜂窝网络快速构建低成本全覆盖的物联网，其业务具有数据传输速率低、长距离深度覆盖、电池使用寿命长等特点，适用于水、电、气抄表、物流、消防预警等众多领域。NB-IoT可直接部署于已有的GSM或LTE网络中，可复用现有的基站以降低部署成本，实现平滑升级。其标准协议核心部分于2016年6月宣告完成，并写入移动通信国际标准组织Rel13版本中。

为了适应不同的无线信道条件，NB-IoT定义了3个覆盖等级（Coverage Enchancement level，CE等级）。CE等级从0至2分别为达到可对抗最大耦合损失（Maximum Coupling Loss，MCL）144dB、154dB和164dB的信号能量衰减。CE等级0对应正常覆盖（信道条件最好），CE等级2对应信道条件最差，并认为该覆盖等级覆盖的能力非常差。定义多少个CE等级是由网络侧决定的，针对每个CE等级，小区会通过系统广播一个所接收的参考信号的功率阈值列表。不同CE等级影响消息重复发送的次数，信道条件差的，则需要多发送几次。

1 NB-IoT重传

1.1 物理层处理过程

在NB-IoT上行传输中，首先通过NPRACH（窄带物理随机接入信道）随机接入过程，UE通过专属于某个覆盖等级的NPRACH资源上，发送preamble码来提示小区自身所处的CE等级。根据不同的覆盖等级配置NPRACH的配置信息，其中重复次数可设置为{1，2，4，8，16，32，64，128}。

在NB-IoT中，无论上行HARQ（混合自动重传请求）还是下行HARQ，都只是使用一个HARQ进程，这样可以降低UE并行处理能力和缓存的要求，也使得重传与前一次传输（包括新传和前一次重传）之间不必建立固定的时间关系，使得调度可以更为灵活。所以，NPDSCH（窄带物理下行共享信道）和NPUSCH（窄带物理上行共享信道）的传输与其对应的ACK/NACK（返回确认/错误则返回不确认）之间在时间上不存在固定关系，而是由每次传输所对应的DCI指定的。

1.2 NPUSCH重传实现过程

图3为不携带系统消息的NPDSCH在时域上的示例。假设一个TB需要映射4个下行子帧，即NSF=4。如果只重传一次（NRep=1），则该TB按顺序将调制后的符号映射到4个子帧上；如果重传4次（NRep=4），则第一个子帧映射完之后，该子帧再重复发送三次，然后再将剩余的符号映射到第五个子帧，再重复三次，依次类推。

2 仿真验证

2.1 NPUSCH仿真结果

根据表1的参数配置，对平台程序进行参数设置，仿真结果如图5所示。

根据图5中不同重传次数的性能对比，说明重传次数越多，数据传输性能越好，通过上图可知，重传16次比重复1次或者2次增益提升约6dB。

2.2 NPDSCH仿真结果

在带内模式双天线下，根据表2中参数配置设置平台系统参数，进行仿真，结果如图6所示。

通过对比仿真结果中两条曲线，说明数据重传32次比重传1次的性能更优，提高增益最大约有4dB。

在独立模式单天线下，根据表3参数配置设置平台系统参数，进行仿真，结果如图7所示。

通过对比仿真结果中的两条曲线，说明在天线模式下，数据重传256次比重传32次的性能更优，提高增益最大约有2dB。

3 结 论

NB-IoT通过不同的覆盖等级，设置不同的重传次数，以适应不同的信道条件，可以提高数据传输性能。本文通过仿真平台对NPUSCH信道和NPDSCH信道进行仿真，发现重传次数对于覆盖性能的提升存在上限，随着重传次数的增多，覆盖的增益在下降。

参考文献：

[1] 3GPP TS 36.101 User Equipment（UE）radio transmission and reception（Release 13）.

[2] 3GPP TS 36.211 Physical channels and modulation（Release 13）.

[3] 3GPP TS 36.212 Multiplexing and channel coding（Release 13）.

[4] 3GPP TS 36.213 Physical layer procedures（Release 13）.

[5] 戴博，袁戈非，余媛芳.窄带物联网（NB-IoT）标准与关键技术 [M].北京：人民邮电出版社，2016.

[6] 温金辉.深入理解NB-IoT [R].中国，2017.

作者简介：杨波（1978-），男，广东人，京信通信技术（广州）有限公司集团研究院院长。研究方向：无线通信技术。