NB-Iot有3种工作模式:带内(In-band)、保护带(Guard-band)和独立运营(Stand­-alone)。下面分别介绍在这3种工作模式下的NB-IoT载波的中心频点问题。文中的NB-IoT载波均指包含同步信号的NB-IoT载波。

带内(In-band)

在现有LTE系统中,系统带宽的中心频点在DC子载波上,DC子载波的频率满足信道栅格(Channel Raster)的要求,即满足100kHz的整数倍。同步信号在系统带宽的中心62个子载波上发送(不包括DC子载波)。UE在小区搜索的过程中,以100kHz的整数倍作为接收机的中心频点来检测同步信号。
NB-IoT系统仍沿用现有的100kHz的信道栅格。在NB-IoT的讨论初期,对于NB-IoT载波的中心频点有两种不同的观点,第一种观点是与现有LTE类似,NB-IoT载波的中心频点在一个子载波上,这里将该子载波称为中心子载波。由于NB-JoT载波包含12个子载波,中心子载波应在第6个或者第7个子载波上。应保证该中心子载波的频点满足100kHz的整数倍。第二种观点是NB-IoT载波的中心频点在一个PRB的第6个子载波和第7个子载波的最中间,并且NB-IoT载波应和LTE中的一个PRB对齐。下面分别对这两种观点进行详细介绍。
对于第一种观点,NB-IoT载波的中心频点在一个子载波上。下面对中心子载波的候选位置进行计算。由于系统带宽的DC子载波的频点是100kHz的整数倍,因此,从DC子载波向两边,每20个子载波(300kHz)的最后一个子载波的频点满足100kHz的整数倍,该子载波的频点为:
NB-Iot载波的中心频点 - 图1
NB-Iot载波的中心频点 - 图2
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图1 频率满足100kHz的整数倍的子载波示意图
奇数带宽和偶数带宽下的中心子载波的索引如表5-12和5-13所示。其中,一个PRB中的子载波索引从频率最低到最高依次为0到11,系统带宽中频率最低的PRB索引为0。

NB-Iot载波的中心频点 - 图4
表1 奇数系统带宽下的中心子载波索引

NB-Iot载波的中心频点 - 图5
表2 偶数系统带宽下的中心子载波索引
如果规定NB-IoT的中心子载波为NB-IoT的12个子载波中的第6个子载波,那么当NB-IoT载波的中心子载波在一个PRB的子载波#5的时候,NB-IoT载波可以和PRB对齐,否则,NB-IoT载波会“溢出”到相邻的PRB中。表3给出了不同的系统带宽在不同的溢出条件下的候选NB-IoT载波对应的PRB索引。如表3所示,在10MHz系统带宽下,PRB#3中的子载波#4可以作为NB-loT载波的中心子载波,对应的NB-IoT载波会溢出一个子载波。下图给出了此时的NB-loT载波示意图,其中斜线部分为NB-IoT载波。可以看出,NB-IoT载波会有一个子载波溢出到PRB#2中。
NB-Iot载波的中心频点 - 图6
图2 10MHz系统带宽下的一个NB-Iot载波示意图

NB-Iot载波的中心频点 - 图7

NB-Iot载波的中心频点 - 图8
表3 不同的系统带宽在不同的溢出条件下的候选NB-Iot载波对应的PRB索引

为了降低对相邻PRB上的传输的影响,可以选择溢出子载波数较少的候选NB-IoT载波。比如溢出子载波数目小于等于3。当相邻PRB被调度给legacyUE时,NB-IoT的同步信号可以将legacy UE的数据打掉。可以通过采用较低码率来保证legacy UE的性能。并且,为了降低对相邻 PRB上的传输的影响,除了同步信号和MIB之外的信号可以和PRB对齐,在MIB中通知一个频率偏移。
对于第二种观点,NB-IoT载波的中心频点在一个PRB的第6个子载波和第7个子载波的最中间,NB-IoT载波应和LTE中的一个PRB对齐。经计算,不同带宽下的PRB的中心频点(第6个子载波和第7个子载波的最中间的频点)和100kHz的整数倍的频点均不重合,与最近的100kHz的整数倍的频点存在一定的频率偏移。对于10MHz和20MHz系统带宽,频率频移属于集合{2.5kHz,17.5kHz,22.5kHz,37.5kHz,42.5kHz};对于3MHz、5MHz和15MHz系统带宽,频率偏移属于集合{7.5kHz,12.5kHz,27.5kHz,32.5kHz,47.5kHz}。可以看出,任一PRB的中心频点都不能满足100kHz的整数倍,和100kHz整数倍的最小频偏在偶数带宽时为2.5kHz,在奇数带宽时为7.5kHz。表4中给出了与信道栅格频偏最小的PRB索引。
NB-Iot载波的中心频点 - 图9
表4 与信道栅格频偏最小的PRB索引

如果基站选择上表中的PRB发送同步信号的话,当UE按照信道栅格进行小区搜索时,UE接收到的同步信号会固定产生2.5kHz或者7.5kHz的偏移。这对同步信号的检测性能会有一定的影响。
经过3GPP的讨论,接受了上述第二种观点,即NB-IoT载波的中心频点在一个PRB的第6个子载波和第7个子载波的最中间,NB-IoT载波应和LTE中的一个PRB对齐。并且,NB-loT载波只能为在中心频率与最近的lOOkHz整数倍的频率偏移小于等于7.5kHz的PRB,即上表中列出了PRB。实际上,对于上述两种观点,在奇数带宽下,NB-IoT载波对应的某些PRB是相同的。
为了使UE能够使用CRS进行解调,eNB在M田中给UE通知NB-IoT载波的位置,由于CRS序列是从中心向两边产生的,因此,eNB只需要通知UE其工作的NB-IoT载波相对于系统带宽中心的频率偏移即可。

保护带(CGuard-band)

对于保护带模式,保护带上的子载波应和LTE系统的子载波正交,避免对LTE系统产生干扰。因此,子载波的划分从传输带宽的边缘开始向两边划分,在保护带上,不必满足PRB对齐的条件。与带内模式类似,NB-IoT载波的中心频点在连续12个子载波的第6个子载波和第7个子载波的最中间,NB-loT载波所在的连续12个子载波的中心频率与最近的100kHz整数倍的频率偏移小于等于7.5kHz。eNB在MIB中给UE通知其频偏为{+2.5,-2.5,+7.5,-7.5}中的一个。UE可以利用该值对中心频点进行调整,使得UE的接收机和实际的NB-loT载波对齐,避免后续过程中的接收性能受到固定频偏的影响。

独立运营(Stand­alone)

对于独立运营模式,NB-IoT载波的中心频点在连续12个子载波的第6个子载波和第7个子载波的最中间,中心频点满足100kHz的整数倍,没有频率偏移。