NB-IoT物理层仿真（1）基础知识

本系列详细介绍NB-IoT系统物理层的仿真实现，包括算法思路、实验验证等内容，主要通过MATLAB实现。

这一篇文章介绍NB-IoT物理层设计涉及的一看就懂的基础知识，也为物理层实现提供系统级的理解，为后面实现整个系统提供基本保障。

NB-IoT物理层帧结构概述

牢记以下帧结构：

每一帧使用OFDM技术传输。其中，一个“半帧”，或者一个“slot”、“时隙”结构如下：

以上是对子载波间隔为15kHz而言的。下行仅支持15kHz。上行还支持载波间隔为3.75kHz的方式，此时1 slot变成2ms，由5个slot构成一帧。一个帧为10ms，其他的相同。

NB-IoT调制解调方式概述

OFDM

OFDM技术将不同频率载波的载波拉进到极限，从而提高了频谱利用率。NB-IoT每个子载波占15kHz，或者3.75kHz。不同子载波将分配给不同终端，终端也可使用Multitone方式同时使用更多子载波。

QPSK

OFDM只是将不同频率的子载波距离拉进了，达到提高频谱利用率的目的。而这些子载波上传输的信号是什么呢？对于二进制数据，下行使用QPSK调制，上行使用BPSK或QPSK调制。QPSK就是将一个两位的二进制数据调制为相位为4挡的正弦信号。BPSK同理。

ZC序列

严格意义上来说ZC序列并不涉及调制，但我们还是放在这里介绍。ZC序列是一系列特殊的值，生成公式如下：

x_q(m)=exp(-j\frac{\pi qm(m+1)}{N_{ZC}^{RS}}), 0\leq m \leq Z_{ZC}^{RS}-1

ZC序列的特点是循环移位后与自身正交，且具有恒定幅度。因此常被用来作为同步信号使用，同时还可以区分多个小区。

NB-IoT物理层信号和信道概述

NB-IoT有这些下行信号和信道：下行主同步信号NPSS、下行辅同步信号NSSS、下行参考信号NRS、下行广播信道NPBCH、下行控制信道NPDCCH、下行共享信道NPDSCH。

上行信号和信道：上行随机接入信道NPRACH、上行共享信道NPUSCH、上行参考信号DMRS。

NB-IoT物理层信道与上层映射关系：

所以，要实现物理层，对于下行，要充分利用好NPSS、NSSS、NRS信号，解析NPDCCH，来同步并保证接收，解析出NPBCH、NPDSCH、NPDCCH信道，传输给上层；对于上行，要生成DMRS信号，随由上层传来的信息一起发送出去；对于系统整体，应该还为上层提供接口，让上层控制物理层行为，比如设置上行传输带宽是15kHz还是3.75kHz、离网时关闭收发机等。

参考文献

[1] http://blog.sina.com.cn/s/blog_746b60460102x5yr.html