GB/T 38641-2020.Information technology-Telecommunications and information exchange between systems-Media access control and physical layer specifications for low power wide area network.
1范围
GB/T 38641规定了采用NB-IoT技术的低功耗广域网媒体访问控制层和物理层规范，包括物理层的上下行物理信道、通用处理和过程,媒体访问控制层的协议格式和通信过程。
GB/T 38641适用于低功耗广域网相关设备产品的研发和设计。
2术语和定义、缩略语
2.1术语和定 义
下列术语和定义适用于本文件。
2.1.1
锚定载波 anchor carrier
用户设备接收NPSS/NSSS/SIB-NB的载波。
2.2缩 略语
下列缩略语适用于本文件。
ACK :确认(ACK nowledge)
ARQ:自动重传请求( Automatic Repeat Request)
BCCH:广播控制信道( Broadeast Control CHannel)
BCH:广播信道( Broadcast CHannel)
BPSK:二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying)
BSR :缓存状态报告(Buffer Status Report)
BS:缓存区数据量大小(BufferSize)
CCCH:公共控制信道(Common Control CHannel)
CRC:循环校验码( Cyclic Redundancy Code)
C-RNTI:小区-RNTI(Cell RNTI)
DCI:下行控制信息( Downlink Control Information)
DL-SCH:下行链路共享信道(DownLink Shared CHannel)
DPR:数据量和功率余量报告(Data volume and Power headroom Report)
DRX:不连续接收(Discontinuous Reception)

ICS35.110
中华人民共和国国家标准
GB/T38641—2020
信息技术
系统间远程通信和信息交换
低功耗广域网媒体访问控制层和物理层规范
Information technology-Telecommunications and information exchangebetween systems-Media access control and physical layer specificationsforlowpowerwideareanetwork
2020-04-28发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2020-11-01实施
术语和定义、缩略语
术语和定义
缩略语
物理层
上行物理信道
下行物理信道
物理层通用处理
物理层过程
MAC层
MAC协议格式
MAC过程
变量和常量
参考文献
GB/T38641—2020
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草GB/T38641—2020
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由全国信息技术标准化技术委员会（SAC/TC28）提出并归口。本标准主要起草单位：中国电子技术标准化研究院、中兴通讯股份有限公司、福州物联网开放实验室有限公司、中国移动通信集团设计院有限公司、北京工业大学、深圳市盛路物联通讯技术有限公司。本标准主要起草人：韩丽、陆婷、方惠英、卓兰、杨宏、张弛、沙秀斌、杨维维、刘混、刘旭、戴博、孙波、李孟良、赵向阳、许晖、王新芳、方娟、周维、杜光东1范围
系统间远程通信和信息交换
信息技术
低功耗广域网媒体访问控制层和物理层规范
GB/T38641—2020
本标准规定了采用NB-IoT技术的低功耗广域网媒体访问控制层和物理层规范，包括物理层的上下行物理信道、通用处理和过程，媒体访问控制层的协议格式和通信过程。本标准适用于低功耗广域网相关设备产品的研发和设计。术语和定义、缩略语
术语和定义
iiKaeerKAca
下列术语和定义适用于本文件。2.1.1
锚定载波
anchorcarrier
用户设备接收NPSS/NSSS/SIB-NB的载波。2缩略语
下列缩略语适用于本文件。
ACK：确认（ACKnowledge）
ARQ：自动重传请求（AutomaticRepeatRequest）BCCH：广播控制信道（BroadcastControlCHannel）BCH：广播信道（BroadcastCHannel)BPSK：二进制相移键控（BinaryPhaseShiftKeying）BSR：缓存状态报告（BufferStatusReport）BS：缓存区数据量大小（BufferSize)CCCH：公共控制信道（CommonControlCHannel)CRC：循环校验码（CyclicRedundancyCode）C-RNTI.小区-RNTICelIRNTI)
DCI：下行控制信息（DownlinkControlInformation）DL-SCH：下行链路共享信道（DownLinkSharedCHannel)DPR：数据量和功率余量报告（DatavolumeandPowerheadroomReport）DRX：不连续接收（DiscontinuousReception）eNB：演进型UMTS陆地无线接入基站（E-UTRANodeB）E-UTRA：演进型UMTS陆地无线接人（EvolvedUMTSTerrestrialRadioAccess）E-UTRAN：演进型UMTS陆地无线接人网络（E-UTRANetwork）GSM：全球移动通信系统（GlobalSystemforMobileCommunication）HARQ：混合自动重传请求（HybridAutomaticRepeatRequest）GB/T38641—2020
LCG：逻辑信道组（LogicalCHannelGroup）LCID：逻辑信道标识（LogicalChannelIDentity）LTE：长期演进(LongTermEvolution)MAC：媒体访问控制（MediumAccessControl)MME：移动性管理实体（MobilityManagementEntity）NACK：否定确认（NegativeACKnowledge)NAS：非接人层（NonAccessStratum）NB-IoT：窄带物联网(NarrowBandInternetofThings)NCCE：窄带控制信道单元（NarrowbandControlChannelElement）NDI：新数据指示符（NewDataIndicator）NPRACH：窄带物理随机接人信道（NarrowbandPhysicalRandomAccessCHannel)NPSS：窄带主同步信号（NarrowbandPrimarySynchronizationSignal）NRS：窄带参考信号（NarrowbandReferenceSignal）NPUSCH：窄带物理上行信道（NarrowbandPhysicalUplinkShareCHannel）NSSS：窄带辅同步信号（NarrowbandSecondarySynchronizationSignal)OFDM：正交频分复用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）PCH：寻呼信道（PagingCHannel)PDU：分组数据单元（PacketDataUnit）ec
PDCCH：物理下行控制信道（PhysicalDownlinkContfolCHannel)PDSCH：物理下行共享信道（PhysicalDownlinkSharedCHannelPUSCH：物理上行共享信道（PhysicaluplinksharedCHannel)PDCP：分组数据汇聚协议（PacketDataConyergenceProtocol）PHY：物理层(PHYsical layer)
PRACH：物理随机接人控制信道（PbysicalRandomAccesscontrolCHannel)QPSK：四相相移键控（QuadraturePhaseShiftKeying）RA-RNTI:随机接人RNTI(RandomAccessRNTI)RLC：无线链路控制（RadioLinkControl）RNTI：无线网络临时标识符（RadioNetworkTemporaryIdentifier）RRC：无线资源控制（RadioResourceControl）RTT：往返时延(Round-TripTime)SC-FDMA：单载波频分多址（Single-CarrierFrequencyDivisionMultipleAccess）SDU：服务数据单元（ServiceDataUnit）SI-RNTI:系统消息RNTI(SystemInformationRNTI)SIB-NB：窄带系统信息块（SystemInformationBlock-Narrowband）SR：调度请求（(SchedulingRequest)SRS：探测参考信号（SoundingReferenceSymbol）TAG：定时提前组（TimingAdvanceGroup）TB：传输块（TransportBlock）TTI：传输时间间隔（TransmissionTimeInterval）UE：用户设备（UserEquipment）UL：上行链路（UpLink）
UL-SCH：上行链路共享信道（UpLinkSharedCHannel）UMTS：通用移动通信系统（UniversalMobileTelecommunicationsSystem）2
3概述
GB/T38641—2020
基于NB-IoT技术的低功耗广域网，在优化配置网络下，可满足最大耦合损耗164dB的极端覆盖目标，终端使用1.5AA电池可以工作十年。低功耗广域网的协议栈见图1，其中UE指移动设备和通用用户识别模块，eNB指为一个小区或多个小区服务的无线收发设备。UE和eNB之间的无线接口用来建立、重配置和释放各种无线承载业务，根据具体承载数据的类型分为控制面和用户面两种类型。控制面用来完成信令的承载，用来控制一个呼叫流程建立、维护和释放；用户面用来完成业务数据的承载，比如语音、数据等。
a）用户面协议栈
图1低功耗广域网的协议栈
控制面协议栈
用户面协议栈包括PDCP、RLC、MAC和PHY层，控制面协议栈包括NAS、RRC、PDCP、RLC、MAC和PHY层，本标准仅涉及用户面和控制面的MAC和PHY层。注：其他协议子层的技术规范由后续制定的相关标准规定。4物理层
4.1上行物理信道
4.1.1物理信道和物理信号
上行物理信道包括窄带物理上行共享信道和窄带物理随机接人信道，上行窄带物理信号为窄带解调参考信号。其中窄带物理上行共享信道包含两种格式：窄带物理上行共享信道格式1：用于携带上行数据；窄带物理上行共享信道格式2：用于携带上行控制信息。4.1.2时隙结构和物理资源
4.1.2.1资源格
每个时隙中的传输信道或信号可用一个或多个资源格表示，每个资源格由NuL个子载波和NUl个SC-FDMA符号组成，Tlo为窄带时隙结构的长度，资源格结构如图2所示。每个无线顿中时隙数目记为n，其中子载波间隔等于15kHz时，nE(0,1，..,19），子载波间隔等于3.75kHz时，n,E(o,l....4).
GB/T38641—2020
深游大
1个上行时隙天
WSC-TTMA符号
A—N\)
资源儿京，）
1-A，1
上行资源格
上行带宽与子载波数Nu和时隙长度Tlo的关系如表T所示。表1带宽和时隙参数
子载波间隔
注：T-1/(15000x2048)s。
天线端口为0号的单一天线端口被用于所有上行传输4.1.2.2
资源元素
T alar
61440·T
15360·T
资源格中每个单元称为资源元素，对应唯一的序号对（k.l），其中k=0....，Nu一1和1=0....Num一1分别是频域和时域索引。资源元素（kl)对应一个复数值akt。对于不用于传输物理信道或物理信号的资源元素，a：的值应置为04.1.2.3资源单元
资源单元是窄带物理上行共享信道至资源元素的映射。时域中连续NULXN个SC-FDMA符号和频域中连续NRU个子载波被定义为物理资源单元，其中，对于不同的△f（子载波间隔），Nu.（一个时隙中包含的符号个数），No（一个资源单元包含的上行时隙个数）和NRU（一个资源单元包含的子载波个数)的取值见表2。
窄带物理上行共享信道格式
格式1
格式2
窄带物理上行共享信道
4.1.3.1加扰
资源单元参数组合
GB/T38641—2020
对每个码字g，比特块记为6（0）...，b（M一1)，其中M为窄带物理上行共享信道中每个子顿传输的比特数，调制前由UE特定的扰码序列进行加扰，生成比特块6（0），....6（M）一1），添加扰码的规则如式(1)所示：
(e))mod2
b)=(b@()+c
式中：
码字的索引号，0≤i扰码序列，定义见4.3.1。
扰码序列生成器的初始化如式(2)所宗：Cm=nRNTr×2°午nmod 2×21\+| n/2|×2+N式中：
码字传输的第一个时隙对应的时隙索引；码字传输的第一个无线顿对应的顿索引.(1)
.......(2)
当窄带物理上行共享信道重复传输时，扰码序列根据式（2)在每MNPUsCH个码字传输后重新进行初始化，以n。和n，作为第一个时隙和顿进行重传。MNPUSCH的大小见4.1.3.6，4.1.3.2调制
扰码比特块b（0），..6（M一1)根据4.3.2进行调制.得到d（0）.....d（Mmb一1）的复值符号块。表3给出窄带物理上行共享信道的调制方案。表3窄带物理上行共享信道调制方案窄带物理上行共享信道格式
调制方案
BPSK.QPSK
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4.1.3.3层映射
每个码字的复值符号映射到物理层，码字的复值调制符号映射到层（i）二[ro（i)...u-D（).i=0,l，..,M-1,其中层数u=1,M是调制符号个数。4.1.3.4变换预编码
复值符号块d（0）….d（M—1）被分为个子集，每一个子集对应一个SC-FDMA符号。变换预编码如式(3)所示。
MNPUSCH
(I·MNPUSCH+k)
式中：
VMNPUSCH
d(l·MNPUSCH+i)e'MNPUSCH
k——窄带物理上行共享信道的子载波索引号k=0，,MNPUSCH-1；-子集索引号，1=0...,Mymib/MNPUSCH1。.....(3)
通过变换预编码得到复值符号块（O）..，2（Maymb一1）。变量MNPUSCH=MRPUSCH·NRB，其中MRPUSCH表示窄带物理上行共享信道带宽内的资源块数。4.1.3.5预编码
对于输人的矢量块［y()i)...y\-1（i)I,i=0，1..,Mhy-1,预编码输出的映射到资源单元中的失量块为[（i)P-（i)T，i=0，1，.Mmb-1.M=M。预编码定义如式（4)所示(0 (i) =y(0 ()
式中：
i=0.1....Mm-1.
4.1.3.6物理资源映射
窄带物理上行共享信道映射到一个或多个资源单元，资源单元数目记为Nu，每个资源单元可被传输MNPUSCH次。
复值信号块（O），..，（Mmb一1）应与幅度比例因子βNPUscH相乘，并从（0）开始按顺序映射至传输窄带物理上行共享信道的子载波上。根据用于传输参考信号和不用于传输参考信号的子载波分配情况，资源元素（k，1)在每个资源单元的映射从第一个时隙开始，先按照序号k递增的顺序，然后按照1递增的顺序进行映射。当映射至Nslots个时隙后，已映射的Nlots个时隙应额外重复MNpuscH一1次。其中，MNPus\定义如式（5）所示，Nlots定义如式（6）所示：MNPUSCH
(min(/MNPuscH/2，4）
1Af=3.75kHz
（2Af=15kHz
（6）
如果Nelots个时隙映射或重复映射过程中，出现与窄带物理随机接入信道资源相重叠的资源元素，则：
对于△f=3.75kHz，原来在重叠的Nalo1s个时隙中的窄带物理上行共享信道传输将会推迟到不与任何已配置的窄带物理随机接人信道资源重叠的N个时隙上发送；对于△f=15kHz，原来在重叠的Nslos个时隙中的窄带物理上行共享信道传输将会推迟到不与任何已配置的窄带物理随机接人信道资源重叠且第一个时隙满足n，mod2=0的Nslots个6wwW.bzxz.Net
时隙发送。
GB/T38641—2020
（O）..z（Myb一1)的映射将重复执行至MNpUSCHNRuNlat个时隙传输完成。当窄带物理上行共享信道的传输时间和/或由于与窄带物理随机接入信道资源重叠导致的窄带物理上行共享信道延迟时间达到256×30720T。时，需要插入40×30720T。长度的间隔，窄带物理上行共享信道推退到间隔后发送。
如果与窄带物理随机接入信道重叠导致的延迟部分和间隔冲突，应作为间隔的一部分。当高层参数NPRACH-AlISymbols为“假”时，窄带物理上行共享信道的资源映射应包含与高层参数srs-SubframeConfig中配置的SRS符号重叠的SC-FDMA资源元素，但这些重叠的资源元素不用于窄带物理上行共享信道的传输。当高层参数NPRACH-AlISymbols设置为真”时，所有符号均传输。4.1.4窄带物理随机接入信道
4.1.4.1时频结构
物理层随机接人前导码是基于单子载波跳频符号组，如图3所示。随机接入符号组包括长度为Tcr的循环前缀和5个相同符号组成总长度为TsEα的序列部分。表4列出随机接人前导参数话环前缀
前导结构
图3随机接入符号组
表4随机接入前导参数
5×8192T
5X8192T
连续传输的4个符号组组成的前导码支持NNPRACH次重复传输。MAC层触发的随机接入前导码限定在某个时间和频率资源上发送。高层提供的窄带物理随机接人信道配置包含以下内容：窄带物理随机接入信道资源周期性NNPRACH；分配给窄带物理随机接入信道的第二个子载波频率位置NNTRACH分配给窄带物理随机接入信道的子载波数NNPRACH；分配给UE的随机接人起始子载波数量NNPRACH；每个窄带物理随机接人信道尝试的重复次数NNPRACH；窄带物理随机接入信道开始时间NNPRACH；用于计算指示UE支持多载波Msg3传输的窄带物理随机接人信道子载波范围起始子载波索引的分式NNPRACH
窄带物理随机接人信道仅可在满足n;mod（NNPRACH/10）=0无线顿起始时刻之后的NNPRACH×30720T，个时间单元后开始传输。窄带物理随机接入信道传输4X64（Tcp十TsEQ）个时间单元后，应插入40×30720T，个时间单元的间隙。当NNPRACH+NNPRACH>NUL时，窄带物理随机接入信道配置无效。分配给UE的随机接人窄带物理随机接入信道起始子载波分为两个部分，即(O，1，..，NNPRACHNNERACH-1)以及(NNPRACHNMPRACH，..，NNPRACH-1），若存在第二部分，则表示UE支持多载波Msg3传输。
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窄带物理随机接入信道频率位置约束为NRA=12个子载波之内。12个子载波内可使用跳频，其中第i个符号组的频率位置如式(7)所示：nRA(i)=n gant+nRA(i)
式中：
n gtars
定义如式（8)所示；
定义如式(9)或式(10)所示。
n start=NNPRACH
(nRA(0)+f(i/4))modNRAimod4=0andi>0nRAi-1)+1
3nRA(i-1)-1
nRA-1)+6
nRA-1)-6
imod4=1.3andnA(i-1)mod2=0
imod4=1.3andnka(i-1)mod2=1
imod4=2andRA(i-1)<6
imod4=2andnk(i-1)≥6
(nRA(0)+f(i/4)）mod6+6.（i/4)mod2)...(7)
（8）
..（9)
imod4=0 andi>0 and 0≤πRA(0)<6(nRA(0)+f(i/4))mod6+6.((i/4-1)mod2)imod4=0andi>0and6≤nRA(0)式中：
nRAG-1)+1
nRAG-1)-1
nRAG-1)+6
NRAG-1)-6
i mod 4=1,3 and nRA(i-1) mod 2= 0imod4=1.3andnRA(i-1)mod2=1
imod4=2andnRA(i-1)<6
imod4=2andnRA(i-1)≥6
（10）
nRA（O)=nmmodNRA.nmi为MAC层从(O,1.,NNPRACH-1)中选择的子载波；f（t)定义如式（11)所示且f（-1）=0。f()=(f(t-1)+(
式中：
c(n)2\-(1ai+)mod(NRA-1)+1)modNRA伪随机序列，在4.3.1中定义，随机序列生成器初始化为cim=NNell4.1.4.2基带信号生成
符号组的时间连续随机接入信号s,（t)定义如式（12)所示：S(）NRACHe/2RAG+KO+1/2/KACT
式中：
BNPRACH
...11)
·（12)
幅值因子，乘以幅值因子βNPRACH是为满足发射功率PNPRACH=min（PcMAX，（i），NARROWBAND_PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER+PL［dBm的要求随机接入前导的子载波间隔，取值见表5；0≤tko=-Nu/2;
K=△f/△fRA，表示随机接入前导与上行数据传输之间的子载波间隔差别。前导结构
表5随机接入基带参数
4.1.4.3100km小区半径的增强随机接入信道AfRA
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100km小区半径的增强窄带物理随机接人信道是基于1.25kHz的子载波间隔。在窄带物理随机接入信道前导码结构中采用3级基于窄带物理随机接人信道符号组的跳频结构，如图4所示。第1个窄带物理随机接人信道符号组（SG0）和第2个符号组（SG1)间采用1.25kHz的跳频间隔；第2个窄带物理随机接入信道符号组（SG1)和第3个符号组（SG2)间采用7.5kHz的跳频间隔（6倍子载波间隔）；
第3个窄带物理随机接入信道符号组（SG2)和第4个符号组（SG3)间采用一1.25kHz的跳频间隔；
第4个窄带物理随机接入信道符号组（SG3）和第5个符号组（SG4）间采用一7.5kHz的跳频间隔（6倍子载波间隔）；
第5个窄带物理随机接人信道符号组（SG4)和第6个符号组（SG5)间采用30kHz的跳频间隔（24倍子载波间隔）；
第6个窄带物理随机接人信道符号组（SG5）和第7个符号组（SG6）间采用一30kHz的跳频间隔（24倍子载波间隔）。
图4100km小区半径的增强接入信道结构其中，每个窄带物理随机接人信道符号组由1个循环前缀和2个符号组成，如图5所示。C
NPRACII符号组
图5100km小区半径的增强接入信道的窄带物理随机接入信道符号组
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