Page 40 - 网络电信2017年4月刊上

解决方案

NB-IoT系统资源调度研究

邱刚 陈宪明 戴博

为满足蜂窝物联网（IoT）需求，设计新的窄带物联网 波间隔只支持单载波的调度，而15kHz子载波间隔同时支持单载
（NB-IoT）接入系统在第3代合作伙伴计划（3GPP）组织第 波和多载波的调度。对于15kHz的子载波间隔、帧结构与LTE相
69 次全会中被提出。NB-IoT系统关注低复杂度和低吞吐量的 同；为更好适配3.75kHz的子载波间隔，新的长度为2ms的窄带
射频接入技术，主要研究目标包括：改善的室内覆盖、巨量低 时隙结构被定义，如图1所示，一个无线帧包含5个窄带时隙，
吞吐量用户设备的支持、较低的延时敏感性、超低设备成本、 每个窄带时隙包含7个正交频分复用（OFDM）符号。
低的设备功率损耗以及网络架构。NB-IoT系统的上下行的发射 图1 NB-IoT系统上行帧结构
带宽都是180kHz，与长期演进（LTE）系统的一个物理资源块
（PRB）的带宽相同，这有利于在NB-IoT系统中重用现有LTE系 二、NB-IoT复用方式
统的有关设计。NB-IoT系统支持3种操作模式：独立操作，例如
利用增强数据速率全球移动通信演进无线接入网（GERAN）系 基于已确定的帧结构，窄带物理下行控制信道（NPDCCH）
统使用的1个或多个全球移动通信系统（GSM）载波；保护带操 和窄带物理下行共享信道（NPDSCH）以及不同NPDSCH的复用能
作，例如利用在LTE 载波的保护带范围内未被使用的资源块； 够只按照时分复用（TDM）方式，或按照TDM和频分多路复用
带内操作，例如利用在正常LTE载波范围内的资源块。 （FDM）的方式。前者实现简单，标准化影响小且具有更好的后
向兼容性。为支持后者，除NPDCCH以外，NPDSCH也必须支持子
文章中，我们主要关注NB-IoT系统的资源调度设计。资源 载波级别的资源分配，这会导致较大的标准化影响。采用固定
调度是无线通信系统物理层设计的重要方面。不同的帧结构、 的FDM 图样会导致资源浪费，而采用动态的FDM 图样虽然具有
复用方式和调度单元适用不同的资源调度设计方法；此外，在 更好的灵活性但控制开销较大。另外，对于下行，支持子载波
上述帧结构、复用方式和调度单元中，后项在一定程度上受到 级的资源粒度并不能带来覆盖提升和显著的调度增益，反而会
前项的影响。基于上述原因，我们首先介绍NB-IoT系统上下行 导致调度的复杂度和资源的碎片化。基于上述的分析，最终NB-
的帧结构、复用方式和调度单元，这是后续资源调度设计的基
础；然后，基于上述确定的帧结构、复用方式和调度单元，分
析适用于NB-IoT系统下行的非连续调度方式，上下行的调度定
时以及上下行的资源分配方案。

二、NB-IoT帧结构

为支持带内操作模式，NB-IoT系统下行仍采用15kHz子载波
间隔，多址方式仍重用正交频分多址（OFDMA）方式；系统的下
行帧结构、时隙结构、资源格和资源单元定义与LTE相同，只是
在频域上仅包含12个连续子载波（对应1个资源块）。NBIoT系
统的上行同时支持3.75kHz和15kHz两种子载波间隔，多址方式
仍重用单载波频分多址（SC-FDMA）方式。采用3.75kHz的子载

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