對于通信系統來說，物理層結構是最底層的設計之一，它直接關聯咱們在低成本章節已經談過的雙工方式，另外還決定了資源分配的基本原則。理解好物理層結構是理解后續技術細節的基礎，可以說它是練通信功夫的童子功，咱們必須打好這個基礎，否則后面學習信道的時候你會徹底睡暈！

先闡述一個基本的概念：物理層結構包含兩塊，一是頻域結構，一是時域結構（這才是幀結構出處），大家不要混為一談，以下吳老師在談具體細節的時候也將遵循頻、域時域兩分看這個思路，當然實際工作中我們說物理層幀結構也就基本等同于在說物理層結構，沒這么嚴格區分。

1 下行物理層結構

根據NB的系統需求，終端的下行射頻接收帶寬是180KHZ。由于下行采用15KHZ的子載波間隔，因此NB系統的下行多址方式、幀結構和物理資源單元等設計盡量沿用了原有LTE的設計。

頻域上：NB占據180kHz帶寬（1個RB），12個子載波（subcarrier），子載波間隔（subcarrier spacing）為15kHz，如下圖所示：

時域上：NB一個時隙（slot）長度為0.5ms，每個時隙中有7個符號（symbol），如下圖所示。

NB基本調度單位為子幀，每個子幀1ms（2個slot），每個系統幀包含1024個子幀，每個超幀包含1024個系統幀（up to 3h）。這里解釋下，不同于LTE，NB中引入了超幀的概念，原因就是以前在談到小功耗特點時候講過的eDRX（詳見NB-IOT小功耗之太極拳篇章），為了進一步省電，擴展了尋呼周期，終端通過少接尋呼消息達到省電的目的。

上面這個圖有木有暈掉？其實不難，從上往下看就是啦：

1個signal封裝為1個symbol-》

7個symbol封裝為1個slot-》

2個slot封裝為1個子幀-》

10個子幀組合為1個無線幀-》

1024個無線幀組成1個系統幀（LTE到此為止了）-》

1024個系統幀組成1個超幀，over。

這樣計算下來，1024個超幀的總時間=（1024*1024*10）/（3600*1000）=2.9h.

還木有理解？那么如果你是一個剁手黨的話，何不將以上的幀結構的封裝想象為快遞的包裝呢，小盒子裝大盒子，大盒子再套更大的盒子呢？道理是一樣一樣的呀。

2 上行物理層結構

看到這里的時候，下面的小同學已經在扔臭雞蛋了。So easy嘛！

但是且慢四分之一柱香之后，等你看完上行的話，也許你就會陷入對吳老師深深的熱愛中。

頻域上：

?占據180kHz帶寬（1個RB），可支持2種子載波間隔：

◢15kHz：最大可支持12個子載波：如果是15KHZ的話，那就真是可以洗洗睡了。因為幀結構將與LTE保持一致，只是頻域調度的顆粒由原來的PRB變成了子載波。關于這種子幀結構不做細致講解。

◢ 3.75kHz：最大可支持48個子載波：如果是3.75K的話，首先你得知道設計為3.75K的好處是哪里。總體看來有兩個好處，一是根據在《NB-IOT強覆蓋之降龍掌》談到的，3.75K相比15K將有相當大的功率譜密度PSD增益，這將轉化為覆蓋能力，二是在僅有的180KHZ的頻譜資源里，將調度資源從原來的12個子載波擴展到48個子載波，能帶來更靈活的調度。

?支持兩種模式：

◢ Single Tone （1個用戶使用1個載波，低速物聯網應用，針對15K和3.75K的子載波都適用，特別適合IOT終端的低速應用）

◢Multi-Tone （1個用戶使用多個載波，高速物聯網應用，僅針對15K子載波間隔。特別注意，如果終端支持Multi-Tone的話必須給網絡上報終端支持的能力）

?兩種模式與兩種子載波間隔的關系如下圖：

tips：

需要注意的是，無論是Single Tone還是Multi-Tone的發送方式，NB在上行都是基于SC-FDMA的多址技術。

時域上：

?基本時域資源單位都為Slot，小同學們一定要注意，對于上行已經不再提子幀的概念了，而是slot的概念。

對于15kHz子載波間隔，濤聲依舊，1 Slot=0.5ms，與LTE保持一致，在此不細談。

但是對于3.75kHz子載波間隔，1 Slot=2ms，這就大不一樣了，如下圖對比：

這一點在初學NB幀結構的時候務必要引起重視。

tips：

這里不妨思考下，是否有什么內在聯系？吳老師的理解是頻域上子載波間隔3.75K是15K的1/4，而時域上時隙2ms正好是0.5ms的4倍，兩者其實是等效的。

下圖是3.75KHZ時上行幀結構示意圖，不過這次咱們看圖應該跟下行倒過來，從下往上看，請同學們自己試著去理解，請注意都是時域上4倍的關系哦。

3 上行資源單元RU

對于NB來說，上行因為有兩種不同的子載波間隔形式，其調度也存在非常大的不同。NB-IoT在上行中根據Subcarrier的數目分別制訂了相對應的資源單位RU做為資源分配的基本單位。基本調度資源單位為RU（Resource Unit），各種場景下的RU持續時長、子載波有所不同。這里特別再強調下，理解RU的時候應該注意到：時域、頻域兩個域的資源組合后的調度單位才為RU。

上表中可以看出，NPUSCH根據用途被劃分為了 Format 1和Format 2.其中Format 1主要用來傳普通數據。，類似于LTE中的PUSCH信道，而Format 2資源主要用來傳UCI，類似于LTE中的PUCCH信道（其中一個功能）。

3.75KHz Subcarrier Spacing只支持單頻傳輸，而15KHz Subcarrier Spacing既支持單頻又支持多頻傳輸。

對Fomat1而言，3.75KHz Subcarrier Spacing的資源單位的帶寬為一個Subcarrier，時間長度是16個Slot，也就是32ms長，而15KHz Subcarrier Spacing單頻傳輸，帶寬為1個Subcarrier的資源單位有16個Slot的時間長度，即8ms。從上可以看出，實際上Format 1兩種單頻傳輸占用的時*頻資源的總和是一樣的。對于15KHzSubcarrier Spacing多頻傳輸來說，共計有三種情況，實際上這三種情況最終占用的時*頻資源的總和也是一樣一樣的。另外，12個Subcarrier的資源單位則有2個Slot的時間長度，即1ms，此資源單位即是LTE系統中的一個Subframe。

對Fomat2而言，僅僅支持單頻傳輸，3.75KHzSubcarrier Spacing的資源單位和15KHzSubcarrier Spacing資源單位占用的時*頻資源的總和也是一樣的。

這里再次強調，對于下行，濤聲依舊，時域上仍然采用subframe作為調度單位。

4 結束語

本篇主要講到NB的物理層結構，它將是理解NB技術細節的基礎，細節非常多，理解也比較困難，需要花心思理解，為后續技術學習打下基礎。