NB-IOT无线帧结构和下行物理信道

Posted 2020-11-22 no code no life

NB-IOT Downlink OFDM参数

1.下行基于OFDMA, FF点数=128,基带采样速率1.92MHz,子载波间距15kHz,有效带宽180kHz=1PRB

OFDMA：　　

　　正交频分多址，OFDMA是OFDM技术的演进，将OFDM和FDMA技术结合。在利用OFDM对信道进行父载波化后，在部分子载波上加载传输数据的传输技术。OFDM是一种调制方式；OFDMA是一种多址接入技术，用户通过OFDMA共享频带资源，接入系统。OFDMA又分为子信道（Subchannel）OFDMA和跳频OFDMA。

子信道OFDMA

子信道OFDMA将整个OFDM系统的带宽分成若干子信道，每个子信道包括若干子载波，分配给一个用户（也可以一个用户占用多个子信道）。 OFDM子载波可以按两种方式组合成子信道：集中式和分布式，如下图所示。

集中式和分布式

• 集中式将若干连续子载波分配给一个子信道（用户），这种方式下系统可以通过频域调度（Scheduling）选择较优的子信道（用户）进行传输，从而获得多用户分集增益。另外，集中方式也可以降低信道估计的难度。但这种方式获得的频率分集增益较小，用户平均性能略差。
• 分布式系统将分配给一个子信道的子载波分散到整个带宽，各子载波交替排列，从而获得频率分集增益。但这种方式下信道估计较为复杂，也无法采用频域调度，抗频偏能力也较差。

设计中应根据实际情况在上述两种方式中灵活进行选择。

• 当信道估计准确性较高如终端低速移动时，可以采用集中式分配，获得多用户分集增益。
• 当信道估计准确性不高如终端快速移动时，可以采用分布式分配，获得单用户频率分集增益。

跳频OFDMA

子信道OFDMA对子信道（用户）的子载波分配相对固定，即某个用户在相当长的时长内使用指定的子载波组（这个时长由频域调度的周期而定）。

这种OFDMA系统足以实现小区内的多址，但实现小区间多址却有一定的问题。因为如果各小区根据本小区的信道变化情况进行调度，各小区使用的子载波资源难免冲突，随之导致小区间干扰。如果要避免这样的干扰，则需要在相邻小区间进行协调（联合调度），但这种协调可能需要网络层的信令交换的支持，对网络结构的影响较大。

一种很好的选择就是采用跳频OFDMA。

在跳频OFDMA系统中，分配给一个用户的子载波资源快速变化，每个时隙，此用户在所有子载波中抽取若干子载波使用，同一时隙中，各用户选用不同的子载波组，如下图所示。

用户子载波

与基于频域调度的子信道化不同，这种子载波的选择通常不依赖信道条件而定，而是随机抽取。在下一个时隙，无论信道是否发生变化，各用户都跳到另一组子载波发送，但用户使用的子载波仍不冲突。跳频的周期可能比子信道OFDMA的调度周期短的多，最短可为OFDM符号长度。这样，在小区内部，各用户仍然正交，并可利用频域分集增益。在小区之间不需进行协调，使用的子载波可能冲突，但快速跳频机制可以将这些干扰在时域和频域分散开来，即可将干扰白化为噪声，大大降低干扰的危害。在负载不是很重的系统中，跳频OFDMA可以简单而有效地抑制小区间干扰。

 

 

快速傅里叶变换点数FFT

1、一般应该是2的n次方，这样便于FFT进行更多层次的二分，从而加快变换速度。

2、为了对所有的点进行FFT应该，点数应该大于已采到点数。要是一次变换点数小于现有的采样点数，FFT会分段处理吗？

在python中，若采样点数是8172，NFFT = 256，那么应该会进行分段处理，然后再对，不同的段求均值，代码看的不太明白，有待进一步了解。

3、实际采样点越多，FFT后的频率分辨率越高。

4、FFT补零，频谱包络不变，但是频率分辨率会提高，从不同的角度看有区别，有待进一步了解。

采样速率：

采样频率，也称为采样速度或者采样率，定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数，它用赫兹（Hz）来表示。采样频率的倒数是采样周期或者叫作采样时间，它是采样之间的时间间隔。通俗的讲采样频率是指计算机每秒钟采集多少个信号样本。

奈奎斯采样定理：如果信号带宽不到采样频率的一半（即奈奎斯特频率），那么此时这些离散的采样点能够完全表示原信号。高于或处于奈奎斯特频率的频率分量会导致混叠现象。大多数应用都要求避免混叠，混叠问题的严重程度与这些混叠频率分量的相对强度有关。两倍只是一个理论值，现实中往往大于2倍，常见的音频采样频率44.1KHz

子载波间距15kHz：主要考虑频谱效率和抗频偏能力。这个涉及的内容过于底层，在这里不做解释。把数据比喻成菜，载波就是菜篮子。

有效带宽180kHz=1PRB：

　　周期信号的频谱由幅度谱和相位谱组成。频谱的包络线每隔一个角频率时，通过零点。在某一个零点之后，谐波的幅度逐渐减小。通常将包含主要谐波分量的这段频率范围称为信号的有效频带宽度，简称“有效带宽”。

　　信号的有效带宽与信号时域的持续时间τ 成反比。

　　信号的有效带宽是信号频率特性中的重要指标，具有实际应用意义。在信号的有效带宽内，集中了信号的绝大部分谐波分量。换句话说，若信号丢失有效带宽以外的谐波成分，不会对信号产生明显影响。同样，任何系统也有其有效带宽。当信号通过系统时，信号与系统的有效带宽必须“匹配”。若信号的有效带宽大于系统的有效带宽，则信号通过此系统时，就会损失许多重要成分而产生较大失真；若信号的有效带宽远小于系统的有效带宽，信号可以顺利通过，但对系统资源是巨大浪费。

　　差不多可以理解成带宽中有效的带宽，即信道中可以通过的最大频宽宽度。

2.CP length=10/9 samples：子载波间有关

循环前缀(Cyclic Prefix, CP)是将OFDM符号尾部的信号搬移到头部构成的。CP的长度主要有两种，分别为常规循环前缀（Normal Cyclic Prefix）和扩展循环前缀（Extended Cyclic Prefix）。常规循环前缀长度4.7μs，扩展循环前缀长度16.67μs。循环前缀可以与其他多径分量信息相关联，得到完整的信息。此外循环前缀可以实现时间的预估计和频率同步。