Page 33 - 网络电信2019年9月刊上

基于窄带物联网的时间估计算法

余晶 诺基亚通信系统技术（北京）有限公司

【摘要】本文基于窄带物联网的时间估计算法，实现
不同信噪比和不同天线环境下的时间估计，具有较高的
实际研究意义。为此，重点研究了窄带物联网NPUSCH信
道，基站侧对UE进行时间估计的实现方案。针对不同硬
件在对基带信号进行采样过程中带来的时间偏差，提出
了时间补偿的方案。通过研究不同的信噪比条件下，分
天线对时间估计所带来的相位差进行修正处理。通过对
原始的基带数据进行处理，在不同信噪比环境下进行仿
真实验，与原始的数据进行比较分析。结果表明，该方
案能显著改善时间估计精度，并能解决UE频繁移动而带
来的影响。
【关键词】窄带物联网；时间估计；信噪比；窄带物
理上行共享信道

窄带物联网（Narrow Band Internet of Things,NB-IoT） 的情况。在一个无线资源帧内，又分为多个时槽，时槽号n s 的
成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络， 范围为 。资源单位用于描述NPUSCH到资源元素的
只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或 映射。一个资源单位被定义为 时域中连续的SC-FDMA
LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IoT支持三种频 符号和 个频域中的连续子载波。如表1所示，本文仅考虑
率部署方案：In-band（带内部署）、Guard band（保护带部 =12的情况。
署）和Standalone（独立部署）。因此，它可以利用已有的频 RU UL UL
表1：N sc ,N slots ,和N symb 组合
谱资源，很好的与现有的网络共存。
NB-IoT具有以下特点：
（1）广覆盖。它能改进空间的的覆盖，在同样的频段下，
NB-IoT比现有的网络增益20dB；
（2）具备支撑海量连接的能力。NB-IoT的一个小区能支持
约10万个连接；
（3）三是实现低功耗。NB-IoT终端模块进行正常通信和待
机的电流是mA和uA级别，模块待机时间可达十年。 2、帧结构
NB-IoT的这些特点，随着移动通信的发展，各种智能硬件 LTE定义了一个基本的时间单位T s =1/(15000*2048)=1/
的普及，万物互联必将是未来的趋势。 30720000秒。该时间单位可以看作是基于FFT（Fast Fourier
在NB-IoT网络中，对UE进行精确定位，前提是进行高精度 Transform，快速傅里叶变换）且FFT大小等于2048的发射机/
的时间估计。由于无线资源环境的复杂，有的用户设备处在噪 接收机所使用的采样时间。在时域上，上下行传输都被组织成
杂的闹市区，有的处在地下通道，有的正在频繁移动。而信号 10ms（T f =307200*T s =10ms）的系统帧（system frame）。LTE支
在传输的过程中又存在多径干扰，使得时间估计存在误差，从 持2种系统帧结构：用于FDD的类型1和用于TDD的类型2。本文仅
而影响基站对UE进行精确定位。为了避免小区内的干扰，基站 探讨FDD的类型1帧结构形式。
要求同一子帧的不同UE到达基站的时间基本对齐。因此时间估
计技术显得尤为重要。NB-IoT是基于正交频分复用(Orthogonal 二、时间估计算法
Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统。OFDM具有抗符 1、上行基带信号处理
号间干扰能力,可以将信道均衡从复杂的时域处理转化到简单易 数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统，如
可行的频域处理。 图1所示。数字通信系统的技术问题很多，其中主要有信源编码
与译码、信道编码与译码、数字调制与解调、同步以及加密与
一、上行NPUSCH信道简介 解密等。其中同步是非常重要的一个环节，目的是使收发两端
1、NPUSCH信道资源介绍 的信号在时间上保持步调一致，是保证数字通信系统有序、准
一个物理信道的上行时隙，由多个子载波 资源网格 确、可靠工作的前提条件。
和 SC-FDMA符号组成。在NB-IoT网络中存在两种子载波间 基站从天线侧接收到的原始基带信号，依次经过解调、模
隔： ，本文只考虑子载波间隔为15kHz 数转换、频率与时间同步，通过傅里叶变换将时域信号转变成

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