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| 标准编号 | GB/T 38641-2020 (GB/T38641-2020) | | 中文名称 | 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 | | 英文名称 | Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Media access control and physical layer specifications for low power wide area network | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | L79 | | 国际标准分类 | 35.110 | | 字数估计 | 78,793 | | 发布日期 | 2020-04-28 | | 实施日期 | 2020-11-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | | 范围 | 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。 | 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
ICS 35.110
L79
中华人民共和国国家标准
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
2020-04-28发布
2020-11-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 术语和定义、缩略语 1
2.1 术语和定义 1
2.2 缩略语 1
3 概述 3
4 物理层 3
4.1 上行物理信道 3
4.2 下行物理信道 16
4.3 物理层通用处理 28
4.4 物理层过程 28
5 MAC层 47
5.1 MAC协议格式 47
5.2 MAC过程 57
5.3 变量和常量 70
参考文献 73
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
1 范围
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。
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 anchorcarrier
用户设备接收NPSS/NSSS/SIB-NB的载波。
2.2 缩略语
---类型域T:标志MAC子头中是否包含随机接入前导码ID或退避指示。其设置为0,表示子头
包含退避指示BI域;设置为1,表示子头包含RAPID随机接入前导码ID域。
---保留域R:保留比特,默认设置为0。
---退避指示域BI:长度为4比特,表明小区处于过载状态。
---随机接入前导码标识RAPID域:长度为6比特,标识已发送的随机接入前导码(见5.2.1.3),
对应子载波索引的开始。对于1.25kHz子载波间隔的随机接入过程,指示随机接入前导码分
组的标识域,且RAPID=floor(子载波索引/3)。
MAC头和子头均为字节对齐。
注:随机接入前导码标识域对应于子载波索引的开始。
5.1.2.3 随机接入响应的 MAC有效载荷
随机接入响应的 MAC有效载荷长度固定,包含下列域:
---R域:保留比特,设置为“0”;
---时间提前命令域:长度为11比特,指示 MAC实体用于控制时间调整量的索引值TA(0,1,2,
,1282)(见4.4.1.2);
---上行授权域:长度为15比特,指示用于上行传输的资源(见4.4.3.4);
---临时C-RNTI域:长度为16比特,指示UE在随机接入过程中使用的临时C-RNTI;
---子载波标识域:其值为(子载波索引 mod3)+1,该域只对1.25kHz子载波间隔的随机接入有
效;对其他子载波间隔的随机接入设置为0。
注:对于1.25kHz子载波间隔的随机接入,子载波索引=RAPID*3+SubId-1。
5.2 MAC过程
5.2.1 随机接入过程
5.2.1.1 随机接入过程初始化
随机接入过程初始化由PDCCH指令、MAC层或RRC层触发。在随机接入过程中,PDCCH指令
或者RRC信令负责指定子载波索引,随机接入过程在锚定载波上执行。
在随机接入过程初始化之前,需要准备的信息有:
---服务小区中支持PRACH资源的可用集合nprach-ParametersList。
---对于随机接入资源选择和前导码传输:
● 映射到一个增强覆盖级别的一个PRACH资源。
● 每个PRACH资源包含一组nprach-NumSubcarrier子载波,其可以被划分为一个或两个
组,以便通过nprach-SubcarrierMSG3-RangeStart和nprach-NumCBRA-StartSubcarriers
进行单/多子载波 Msg3传输,见4.1.4.1。每个组在以下流程描述中被称为随机接入前导
码组:
1) 子载波由以下范围内的子载波索引标识:[nprach-SubcarrierOffset,nprach-Subcarri-
erOffset+nprach-NumSubcarriers-1];
2) 随机接入前导码组中的每个子载波对应于一个随机接入前导码。
● 当从eNB显式发送子载波索引作为PDCCH命令的一部分时,应将ra-PreambleIndex设
置为该通过信令发送来的子载波索引。
---将PRACH资源映射到增强的覆盖级别根据以下条件确定:
● 每个增强覆盖级别在nprach-ParametersList中包含PRACH资源。
● 增强覆盖级别从0开始编号,并且PRACH资源到增强覆盖级别的映射按numRepetition-
---服务小区中用于基于 RSRP测量为每个增强覆盖级别选择PRACH 资源的准则为rsrp-
---服务小区中支持的每个增强覆盖级别的前导码传输尝试的最大次数为 maxNumPreambleAt-
---服务小区中支持的每个增强覆盖级别的前导码传输所需的重复次数为numRepetitionPerPre-
---服务小区中UE执行随机接入过程的发射功率为PCMAX,c。其中PCMAX,c由UE的最大发射功
率级别PPowerClass和网络配置的允许UE最大发射功率P-Max等信息来决定。
---服务小区中支持的每个增强覆盖级别的RA响应窗口大小为ra-ResponseWindowSize和竞争
---功率攀升因子为powerRampingStep。
---前导码传输的最大数量为preambleTransMax-CE。
---基于前导码格式的偏移量DELTA_PREAMBLE,其值设置为0。
随机接入处理流程:
---清空 Msg3缓存;
---将PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER设置为1;
---将PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER_CE设置为1;
---如果起始NPRACH重复数目已经由发起随机接入过程PDCCH指令指示,或者如果起始的
增强覆盖级别已经由上层提供:
● 无论测量的RSRP为何值,MAC实体均认为自己处于该增强覆盖级别;
---否则:
的RSRP小于增强覆盖级别2的RSRP门限,且UE能够支持增强覆盖级别2,则:
---MAC实体认为处于增强覆盖级别2;
级1的RSRP门限,则 MAC实体认为处于增强覆盖级别1;
---否则 MAC实体认为处于增强覆盖级别0;
---将退避参数值设置为0ms;
---继续选择随机接入资源(见5.2.1.2)。
注1:MAC实体在任何时间点只有一个随机接入过程正在进行。如果 MAC实体在一个随机接入过程正在进行的
时候,接收到新的随机接入过程的请求,是继续正在进行的过程还是重新开始随机接入过程由UE实现决定。
注2:UE只在锚定载波做RSRP测量。
5.2.1.2 随机接入资源选择
随机接入资源选择过程按如下方式进行:
---如果随机接入前导码ra-PreambleIndex和PRACH资源已被显式地指示,则
● PRACH资源采用显式指示的资源;
● 如果指示的ra-PreambleIndex不是000000:
● 否则:
---根据PRACH资源和多子载波 Msg3传输支持能力选择随机接入前导组。如果不存
在多子载波 Msg3随机接入前导组,则支持多子载波 Msg3的UE应只选择单子载波
Msg3随机接入前导组;
---随机选择所选组内的随机接入前导码。
---否则,随机接入前导码应由 MAC实体按如下选择:
● MAC实体应选择所选增强覆盖级别对应的PRACH资源,并基于PRACH资源和多子载
波 Msg3传输支持能力选择对应的随机接入前导组。如果不存在多子载波 Msg3随机接
入前导组,则支持多子载波 Msg3的UE只应选择单子载波 Msg3随机接入前导组。
● 如果重传 Msg3,则 MAC实体应该选择与用于 Msg3的第一次传输相对应的前导码传输
尝试的组相同的随机接入前导码组。
● 随机选择所选组内的随机接入前导码,随机函数满足每个允许选择以相等的概率被选择。
---确定由物理层定时要求给出的限制所允许包含PRACH的下一个可用子帧,以及与较高增强
覆盖级别有关的PRACH资源占用的子帧(MAC实体应在确定下一个可用PRACH子帧时
考虑到可能发生的测量间隙)。
---选择对应于所选增强覆盖级别和PRACH的ra-ResponseWindowSize和 mac-ContentionRes-
---继续传输随机接入前导码(见5.2.1.3)。
5.2.1.3 随机接入前导码传输
随机接入过程按如下进行:
---指示物理层使用对应于所选择的前导码组要求的前导码传输重复次数numRepetitionPerPre-
相应的 RA-RNTI,子载波索引和 PREAMBLE_RECEIVED_TARGET_POWER 发送前
导码。
5.2.1.4 随机接入响应接收
一旦发送随机接入前导码,不论是否出现测量间隙,MAC实体都应在RA响应窗口中监听特定小
区的PDCCH来接收随机接入响应。在NPRACH重复次数大于或等于64的情况下,RA响应窗口在
包含最后一个前导码重复的末尾加上41个子帧的子帧处开始,并且采用与增强覆盖级别对应的ra-Re-
sponseWindowSize窗口长度;在NPRACH重复次数小于64的情况下,RA响应窗口在包含最后一个
前导码重复的末尾加上4个子帧的子帧处开始,并且采用与增强覆盖级别对应的ra-ResponseWindow-
Size窗口长度。
与发送随机接入前导码的PRACH相关联的RA-RNTI按式(57)计算:
RA-RNTI=1+floor(SFN_id/4) (57)
其中,SFN_id是指定NPRACH的第一个无线帧索引。
在 MAC实体成功接收到包含与发送的随机接入前导符匹配的随机接入前导码标识符的随机接入
响应之后,MAC实体停止对随机接入响应的监听。接下来 MAC实体执行以下步骤:
---如果在用于RA-RNTI的PDCCH上已经接收到针对该TTI的下行链路分配,并且所接收的
TB被成功解码,则 MAC实体将不管是否出现测量间隙:
● 如果随机接入响应包含退避指示符子报头,按退避指示符子报头BI字段和表65设置退避
参数值;
● 否则将退避参数值设置为0ms;
● 如果随机接入响应包含与发送的随机接入前导码相对应的随机接入前导码标识符(见
5.2.1.3),则 MAC实体应:
---认为该随机接入响应接收成功,并对发送随机接入前导码的服务小区执行以下操作:
● 处理收到的定时提前命令(见5.2.2);
● 用于最新接入前导码传输的功率攀升
至低层;
● 处理接收到的UL授权值并将其指示给低层。
注1:当需要上行链路传输时,例如竞争解决,eNB不应在随机接入响应中提供小于88比特的授权。
注2:如在随机接入过程内,在随机接入响应中为同一组随机接入前导码提供的上行链路授权具有与在随机接入过
程期间分配的第一个上行链路授权不同的大小,则UE行为没有被定义。
如果在随机接入响应窗内没有收到随机接入响应,或者如果所有接收到的随机接入响应都不包含
与发送的随机接入前导码对应的随机接入前导码标识符,随机接入响应接收被认为是不成功的,MAC
实体应该:
---如果没有从低层收到功率攀升挂起通知:
● 将PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER增加1;
---如果PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER=preambleTransMax-CE+1:
● 如果随机接入前导码在特定小区上传输:
---向上层指示随机接入问题;
---认为随机接入过程失败;
---如果在这个随机接入过程中,随机接入前导符被 MAC选择:
● 基于退避参数,根据0和退避参数值之间的均匀分布来选择随机退避时间;
● 通过退避时间延迟随后的随机接入传输;
---将PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER_CE增加1;
---对相应的增强覆盖级别增加1,如果PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER_CE=max-
● 复位PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER_CE;
● 如果服务小区和UE支持,则进入下一个增强覆盖级别,否则停留在当前的增强覆盖级别;
● 如果随机接入过程由PDCCH指令发起:
---选择与所选择的增强覆盖级别对应的PRACH资源;
---将所选择的PRACH资源视为显式指示的;
---继续选择一个随机接入资源(见5.2.1.2)。
5.2.1.5 竞争解决
竞争解决基于特定小区的PDCCH上的C-RNTI或者DL-SCH上的UE竞争解决标识来进行。
一旦发送 Msg3,MAC实体应该执行如下操作:
---如果从低层接收到PDCCH传输已接收的通知,则 MAC实体应当:
● 如果C-RNTIMAC控制单元包含在 Msg3中:
---如果随机接入过程由MAC层本身或由RRC子层发起,并且PDCCH传输由C-RNTI
寻址并且包含用于新的传输的上行链路授权,或
---如果随机接入过程由PDCCH指令发起并且PDCCH传输由C-RNTI寻址:
● 认为该竞争解决成功;
● 丢弃临时C-RNTI;
● 认为该随机接入过程已成功完成。
● 否则如果CCCHSDU被包括在 Msg3中并且PDCCH传输由临时C-RNTI寻址;
---如果 MACPDU被成功解码:
● 如果 MACPDU包含UE竞争解决标识 MAC控制单元;且
● 如果包含在 MAC控制单元中的 UE竞争解决标识与在 Msg3中发送的CCCH
SDU的前48比特匹配:
---考虑该竞争解决成功,并完成 MACPDU的反汇编和解复用;
---将C-RNTI设置为临时C-RNTI的值;
---丢弃临时C-RNTI;
---考虑该随机接入过程已成功完成;
● 否则丢弃临时C-RNTI;
● 认为竞争解决失败,并丢弃成功解码的 MACPDU。
● 丢弃临时C-RNTI;
● 认为竞争解决失败。
---如果竞争解决失败,MAC实体应执行如下操作:
● 清除 Msg3缓存中用于传输 MACPDU的HARQ缓存;
● 如果未收到底层的功率攀升挂起通知:
---将PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER增加1;
● 如果PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER=preambleTransMax-CE+1:
---向上层指示一个随机接入问题;
---考虑随机接入过程未成功完成;
● 基于退避参数,根据0和退避参数值之间的均匀分布选择随机退避时间;
● 根据退避时间延迟随后的随机接入传输;
● 继续选择一个随机接入资源(见5.2.1.2)。
5.2.1.6 随机接入过程完成
随机接入过程完成时,MAC实体将清除 Msg3缓存中用于传输 MACPDU的HARQ缓存。
5.2.2 上行同步的维护
MAC实体应为每个TAG配置定时器timeAlignmentTimer,用于控制 MAC实体在规定时间内与
该TAG相关服务小区的上行时间对齐。
MAC实体按照如下方式操作:
---当收到时间提前命令 MAC控制单元且针对指示的TAG,NTA已经被存储或维护时:
● 将时间提前命令应用于指定的TAG;
● 启动或重新启动与指定TAG相关的timeAlignmentTimer定时器。
---当在随机接入响应消息中收到属于TAG服务小区的时间提前命令时,
● 如果随机接入前导码不是由 MAC实体选择的:
---将时间提前命令应用于指定TAG;
---启动或重新启动与指定TAG相关的timeAlignmentTimer定时器;
● 否则,如果与该TAG相关的timeAlignmentTimer定时器未启用:
---将时间提前命令应用于指定TAG;
---启动或重新启动与指定TAG相关的timeAlignmentTimer定时器;
---如果竞争解决未成功(见5.2.1.5),停止与该 TAG相关的timeAlignmentTimer定
时器;
● 否则,忽略收到的时间提前命令。
---当timeAlignmentTimer定时器超时:
● 为所有服务小区清空所有HARQ缓存区;
● 清除配置的所有下行链路指配和上行链路授权;
● 认为所有运行的timeAlignmentTimers定时器都超时。
当服务小区所归属的TAG相关timeAlignmentTimer定时器未运行时,除随机接入前导码发送
外,MAC实体在服务小区不进行任何上行传输。
注:当相关timeAlignmentTimer定时器超时时,MAC实体存储或维护NTA,NTA的定义见4.4.1.2。当timeAlign-
mentTimers定时器未运行时,MAC实体在收到时间提前命令 MAC控制单元后,启动相关的timeAlignment-
Timers定时器。
5.2.3 下行共享信道数据传递
5.2.3.1 下行指配接收
PDCCH上传输的下行链路指配用于指示MAC实体上是否存在下行共享信道传输,并提供相关的
HARQ信息。HARQ信息包含新数据指示符NDI和传输块TB大小。
当 MAC实体具有C-RNTI,或临时C-RNTI,在它监听PDCCH时为每个TTI以及为每个服务小
区,MAC实体将:
---如果针对这个TTI和这个服务小区的下行链路指配已经在针对这个 MAC实体的C-RNTI,
或临时C-RNTI的PDCCH上接收到:
......
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