邱剛+陳憲明+戴博

結(jié)合窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）系統(tǒng)的上下行幀結(jié)構(gòu)、復(fù)用方式、調(diào)度單元的特點(diǎn)，提供了適用于NB-IoT系統(tǒng)的資源調(diào)度的設(shè)計(jì)方案，包括非連續(xù)的下行調(diào)度、動(dòng)態(tài)的上下行調(diào)度定時(shí)以及跨多個(gè)調(diào)度單元的上下行資源分配。采用上述方案，避免了在極端或增強(qiáng)覆蓋場(chǎng)景下，因下行資源的連續(xù)占用所導(dǎo)致的對(duì)其他終端設(shè)備的上下行授權(quán)和下行業(yè)務(wù)傳輸?shù)淖枞约跋滦锌刂瀑Y源的浪費(fèi)，同時(shí)確保了相對(duì)靈活的資源分配。

調(diào)度定時(shí)；資源分配；覆蓋增強(qiáng)

In terms of the features of uplink （UP）/downlink （DL） frame structure， multiplexing method and scheduling unit used by narrowband IoT（NB-IoT）， the design schemes for resource scheduling， which is suitable for NB-IoT is proposed in this paper， including discontinuous DL scheduling， dynamic DL/UL scheduling timing and DL/UL resource allocation across multiple scheduling units. Based on the above schemes， the blocking of the transmission of DL/UL grant and DL traffic to other users caused by the continuous occupation of DL resource for enhanced or extreme coverage and the waste of DL control resource can all be avoided， and relative flexible resource allocation can be ensured.

scheduling timing； resource allocation； coverage enhancement

為滿(mǎn)足蜂窩物聯(lián)網(wǎng)（IoT）需求，設(shè)計(jì)新的窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）接入系統(tǒng)在第3代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）組織第69次全會(huì)中被提出。NB-IoT系統(tǒng)關(guān)注低復(fù)雜度和低吞吐量的射頻接入技術(shù)，主要研究目標(biāo)包括：改善的室內(nèi)覆蓋、巨量低吞吐量用戶(hù)設(shè)備的支持、較低的延時(shí)敏感性、超低設(shè)備成本、低的設(shè)備功率損耗以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。NB-IoT系統(tǒng)的上下行的發(fā)射帶寬都是180 kHz，與長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）系統(tǒng)的一個(gè)物理資源塊（PRB）的帶寬相同，這有利于在NB-IoT系統(tǒng)中重用現(xiàn)有LTE系統(tǒng)的有關(guān)設(shè)計(jì)。NB-IoT系統(tǒng)支持3種操作模式：獨(dú)立操作，例如利用增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率全球移動(dòng)通信演進(jìn)無(wú)線接入網(wǎng)（GERAN）系統(tǒng)使用的1個(gè)或多個(gè)全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）載波；保護(hù)帶操作，例如利用在LTE載波的保護(hù)帶范圍內(nèi)未被使用的資源塊；帶內(nèi)操作，例如利用在正常LTE載波范圍內(nèi)的資源塊[1]。

文章中，我們主要關(guān)注NB-IoT系統(tǒng)的資源調(diào)度設(shè)計(jì)。資源調(diào)度是無(wú)線通信系統(tǒng)物理層設(shè)計(jì)的重要方面。不同的幀結(jié)構(gòu)、復(fù)用方式和調(diào)度單元適用不同的資源調(diào)度設(shè)計(jì)方法；此外，在上述幀結(jié)構(gòu)、復(fù)用方式和調(diào)度單元中，后項(xiàng)在一定程度上受到前項(xiàng)的影響?；谏鲜鲈?，我們首先介紹NB-IoT系統(tǒng)上下行的幀結(jié)構(gòu)、復(fù)用方式和調(diào)度單元，這是后續(xù)資源調(diào)度設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)；然后，基于上述確定的幀結(jié)構(gòu)、復(fù)用方式和調(diào)度單元，分析適用于NB-IoT系統(tǒng)下行的非連續(xù)調(diào)度方式，上下行的調(diào)度定時(shí)以及上下行的資源分配方案。

1 NB-IoT幀結(jié)構(gòu)

為支持帶內(nèi)操作模式，NB-IoT系統(tǒng)下行仍采用15 kHz子載波間隔，多址方式仍重用正交頻分多址（OFDMA）方式；系統(tǒng)的下行幀結(jié)構(gòu)、時(shí)隙結(jié)構(gòu)、資源格和資源單元定義與LTE相同，只是在頻域上僅包含12個(gè)連續(xù)子載波（對(duì)應(yīng)1個(gè)資源塊）。NB-IoT系統(tǒng)的上行同時(shí)支持3.75 kHz和15 kHz兩種子載波間隔，多址方式仍重用單載波頻分多址（SC-FDMA）方式。采用3.75 kHz的子載波間隔只支持單載波的調(diào)度，而15 kHz子載波間隔同時(shí)支持單載波和多載波的調(diào)度。對(duì)于15 kHz的子載波間隔、幀結(jié)構(gòu)與LTE相同；為更好適配3.75 kHz的子載波間隔，新的長(zhǎng)度為2 ms的窄帶時(shí)隙結(jié)構(gòu)被定義，如圖1所示，一個(gè)無(wú)線幀包含5個(gè)窄帶時(shí)隙，每個(gè)窄帶時(shí)隙包含7個(gè)正交頻分復(fù)用（OFDM）符號(hào)[1]。

2 NB-IoT復(fù)用方式

基于已確定的幀結(jié)構(gòu)，窄帶物理下行控制信道（NPDCCH）和窄帶物理下行共享信道（NPDSCH）以及不同NPDSCH的復(fù)用能夠只按照時(shí)分復(fù)用（TDM）方式，或按照TDM和頻分多路復(fù)用（FDM）的方式。前者實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，標(biāo)準(zhǔn)化影響小且具有更好的后向兼容性。為支持后者，除NPDCCH以外，NPDSCH也必須支持子載波級(jí)別的資源分配，這會(huì)導(dǎo)致較大的標(biāo)準(zhǔn)化影響。采用固定的FDM圖樣會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)，而采用動(dòng)態(tài)的FDM圖樣雖然具有更好的靈活性但控制開(kāi)銷(xiāo)較大。另外，對(duì)于下行，支持子載波級(jí)的資源粒度并不能帶來(lái)覆蓋提升和顯著的調(diào)度增益，反而會(huì)導(dǎo)致調(diào)度的復(fù)雜度和資源的碎片化。基于上述的分析，最終NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在NPDCCH與NPDSCH之間以及在不同NPDSCH之間的復(fù)用只采用TDM的方式，這直接決定了NPDCCH以及與其相關(guān)的上下行調(diào)度的整體機(jī)制[2]。與下行不同，為實(shí)現(xiàn)更高的用戶(hù)容量或復(fù)用程度以及擴(kuò)展的上行覆蓋，上行需要支持單載波的調(diào)度，所以不同的窄帶物理上行共享信道（NPUSCH）之間允許采用FDM的復(fù)用方式。

3 NB-IoT調(diào)度單元

由于NB-IoT系統(tǒng)的下行只支持不同NPDSCH之間以TDM方式復(fù)用資源，所以NPDSCH的調(diào)度自然應(yīng)該以子幀為單位。對(duì)于NB-IoT系統(tǒng)上行，當(dāng)子載波間隔為3.75 kHz時(shí)，考慮到不管是針對(duì)承載上行業(yè)務(wù)還是混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求確認(rèn)信息（HARQ-ACK）的NPUSCH都只支持單載波調(diào)度，最終用于上行業(yè)務(wù)和HARQ-ACK調(diào)度的調(diào)度單元大小可以分別確定為32 ms（16個(gè)窄帶時(shí)隙）以及8 ms（4個(gè)窄帶時(shí)隙）。當(dāng)子載波間隔為15 kHz時(shí)，對(duì)于承載上行業(yè)務(wù)的NPUSCH，調(diào)度單元的劃分原則是：對(duì)于不同的頻域子載波數(shù)，一個(gè)調(diào)度單元中有效的資源單元數(shù)量應(yīng)該盡可能保持一致，同時(shí)還要保證時(shí)域長(zhǎng)度恰好是2的整數(shù)冪。上述方法有助于在對(duì)應(yīng)不同的頻域子載波數(shù)的調(diào)度單元共享上行資源的情況下，降低資源的碎片率。基于上述原則，對(duì)應(yīng)不同子載波數(shù)的調(diào)度單元的大小，如表1所示。對(duì)于承載HARQ-ACK的NPUSCH，只有單載波調(diào)度被支持，最終用于HARQ-ACK調(diào)度的調(diào)度單元大小確定為2 ms（即2個(gè)子幀）[3-4]。