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對于通信系統(tǒng)來說，物理層結(jié)構(gòu)是最底層的設計之一，它直接關(guān)聯(lián)咱們在低成本章節(jié)已經(jīng)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(jié)構(gòu)是理解后續(xù)技術(shù)細節(jié)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(jié)構(gòu)包含兩塊，一是頻域結(jié)構(gòu)，一是時域結(jié)構(gòu)（這才是幀結(jié)構(gòu)出處），大家不要混為一談，以下吳老司在談具體細節(jié)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(jié)構(gòu)也就基本等同于在說物理層結(jié)構(gòu)，沒這么嚴格區(qū)分。
1 下行物理層結(jié)構(gòu)
根據(jù) NB 的系統(tǒng)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(tǒng)的下行多址方式、幀結(jié)構(gòu)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(jù) 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(diào)度單位為子幀，每個子幀 1ms（2 個 slot），每個系統(tǒng)幀包含 1024 個子幀，每個超幀包含 1024 個系統(tǒng)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(tǒng)幀（LTE 到此為止了）-》
1024 個系統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)
看到這里的時候，下面的小同學已經(jīng)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司深深的熱愛中。
頻域上：
?占據(jù) 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(jié)構(gòu)將與 LTE 保持一致，只是頻域調(diào)度的顆粒由原來的 PRB 變成了子載波。關(guān)于這種子幀結(jié)構(gòu)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(jù)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(zhuǎn)化為覆蓋能力，二是在僅有的 180KHZ 的頻譜資源里，將調(diào)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(diào)度。
?支持兩種模式：
◢ Single Tone （1 個用戶使用 1 個載波，低速物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)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(wǎng)絡上報終端支持的能力）
?兩種模式與兩種子載波間隔的關(guān)系如下圖：
tips:
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(jīng)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(jié)構(gòu)的時候務必要引起重視。
tips:
這里不妨思考下，是否有什么內(nèi)在聯(lián)系？吳老司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(jié)構(gòu)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(guān)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(diào)度也存在非常大的不同。NB-IoT 在上行中根據(jù) Subcarrier 的數(shù)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?；菊{(diào)度資源單位為 RU（Resource Unit），各種場景下的 RU 持續(xù)時長、子載波有所不同。這里特別再強調(diào)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(diào)度單位才為 RU。
上表中可以看出，NPUSCH 根據(jù)用途被劃分為了 Format 1 和 Format 2. 其中 Format 1 主要用來傳普通數(shù)據(jù) .，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(tǒng)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。
tips:
這里再次強調(diào)，對于下行，濤聲依舊，時域上仍然采用 subframe 作為調(diào)度單位。
4 結(jié)束語
本篇主要講到 NB 的物理層結(jié)構(gòu)，它將是理解 NB 技術(shù)細節(jié)的基礎，細節(jié)非常多，理解也比較困難，需要花心思理解，為后續(xù)技術(shù)學習打下基礎。
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