EC-GSM-IoT物理层技术解析

### EC-GSM-IoT物理层技术解析 #### 1. GMSK功率效率与特性 在信号传输中，偶尔会出现幅度是平均信号两倍的峰值。尽管有一些技术可以帮助缩小功率效率方面的差距，比如跟踪信号的包络，但差异仍然存在。GMSK（高斯最小移频键控）功率放大器（PA）具有独特的优势。考虑到其简单的信号特性，仅利用信号的相位来携带信息，GMSK PA在很大程度上可以扭曲信号的幅度，而不会影响无线电链路的性能。因此，GMSK实现不仅功率效率更高，而且在成本和能源利用方面也更具优势。 #### 2. 盲传输与覆盖等级 - **盲传输**：盲传输，也称为盲重复，是EC - GSM - IoT发射机采用的一种方式。它不是仅发送一次数据块，而是在没有接收端反馈数据块错误信息的情况下，发送预定义数量的传输。这是扩展EC - GSM - IoT覆盖范围的主要机制之一。类似的概念也用于扩展NB - IoT和LTE机器类型通信的链路覆盖，只是在那些场景中简称为重复。 - **覆盖等级**：为了简化EC - GSM - IoT功能的实现，对于任何给定的逻辑信道，最多定义四种不同数量的盲重复。每个数量被称为一个覆盖等级（CC），因此定义了四种不同的CC（CC1、CC2、CC3和CC4）。使用CC概念的逻辑信道包括EC - CCCH、EC - PDTCH和EC - PACCH。对于同步和广播信道EC - SCH和EC - BCCH，仅定义了一组盲传输，其规模是为了达到小区中预期的最极端覆盖条件。具体的盲传输和覆盖等级如下表所示： | 逻辑信道 | 盲传输和覆盖等级 | | --- | --- | | EC - SCH | 28 | | EC - BCCH | 16 | | EC - CCCH/D | 1 (CC1), 8 (CC2), 16 (CC3), 32 (CC4) | | EC - CCCH/U | 1 (CC1), 4 (CC2), 16 (CC3), 48 (CC4) | | EC - PACCH | 1 (CC1), 4 (CC2), 8 (CC3), 16 (CC4) | | EC - PDTCH | 1 (CC1), 4 (CC2), 8 (CC3), 16 (CC4) | #### 3. 信道编码和交织 - **编码步骤**： 1. **添加错误检测位**：信道编码的第一步通常是在有效负载中添加一些位，用于检测传输中引入的错误。错误检测码由在进行前向纠错（FEC）之前添加的一些奇偶校验位组成。添加的位数根据逻辑信道和/或编码方案而有所不同。一般来说，位数的选择考虑了接收端错误解释数据块的影响。 2. **应用FEC码**：EC - GSM - IoT中使用的FEC基于卷积码，这些卷积码完全复用自EGPRS信道编码设计。使用两种不同的母码，码率分别为1/2或1/3，随后对编码位进行可选的打孔/速率匹配，以达到最终的码率。打孔通常由打孔方案（PSs）定义，打孔方案基本上是一个位位置列表，用于标识要从编码位流中移除的位。 3. **卷积码类型**：使用了尾咬卷积码和零填充卷积码。对于块长度有限的编码方案，通常使用尾咬卷积码，这可以减少信道编码的开销，但会增加解码复杂度。与零填充的情况不同，尾咬卷积码的解码器起始和结束状态只能假设相同，但具体状态未知。 4. **交织**：编码过程之后通常是交织，交织只是使用一对一映射表重新映射位的顺序。 5. **映射到突发**：交织后，位被映射到与逻辑信道相关联的突发类型上。不同的突发类型与不同数量的加密位相关联，并且根据逻辑信道的不同，组成完整数据块的突发数量也可能不同。 - **各逻辑信道编码细节**： - **EC - SCH、EC - CCCH、EC - BCCH、EC - PACCH**：这些逻辑信道的编码细节如下表所示： | 逻辑信道 | 未编码位 | 奇偶校验位 | 母码 | 码率 | 尾咬 | 交织器 | 突发类型 | 每块突发数 | | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | | EC - SCH | 30 | 10 | 1/2 | 0.56 | 否 | 否 | SB | 1 | | EC - CCCH/D | 88 | 18 | 1/3 | 0.91a | 是 | 否 | NB | 2 | | EC - CCCH/U | 11 | 6 | 1/2 | 0.58 | 否 | 否 | AB | 1 | | EC - BCCH | 184 | 40 | 1/2 | 0.50 | 否 | 是 | NB | 4 | | EC - PACCH/D | 80 | 18 | 1/3 | 0.86b | 是 | 否 | NB | 4 | | EC - PACCH/U | 64 | 18 | 1/3 | 0.71b | 是 | 否 | NB | 4 | - **EC - PDTCH**：与遵循EGPRS的PDTCH设计的EC - PDTCH不同，EC - PACCH是EC - GSM - IoT的一种新块格式。由于EC - GSM - IoT中不使用基于上行链路状态标志（USF）的调度，EC - PACCH中的USF以一种相当非常规的方式包含在内，即简单地移除有效负载中的一些位，并用USF位替换它们，从而有效地提高了EC - PACCH控制消息内容的码率。这被称为USF的位窃取，仅适用于下行链路的EC - PACCH块。而EC - GSM - IoT接收器并不知道EC - PACCH块中是否包含USF，并且在每次接收时都会以相同的方式处理该块。需要注意的是，包含USF仅仅是为了调度其他PS设备的上行链路。EC - PDTCH的编码细节如下表所示： | 调制和编码方案 | 调制 | SF码率 | USF码率 | RLC/MAC头 | RLC数据块 | 突发类型 | 每块突发数 | 头类型 | 奇偶校验位 | 码率 | 奇偶校验位 | 码率 | | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | | MCS - 1 | GMSK | 1/4 | 1/4 | 3 | 8 | 0.53 (DL) 0.49 (UL) | 12 | 0.53 | NB | 4 | | | | MCS - 2 | GMSK | 3 | | | | | | | | | | 0.69 | NB | 4 | | MCS - 3 | GMSK | 3 | | | | | | | | | | 0.89 | NB | 4 | | MCS - 4 | GMSK | 3 | | | | | | | | | | 1.00 | NB | 4 | | MCS - 5 | 8PSK | 1/2 | 1/12 | 2 | 0.33 (DL) 0.33 (UL) | | | | | | 0.38 | NB | 4 | | MCS - 6 | 8PSK | 2 | | | | | | | | | | 0.50 | NB | 4 | | MCS - 7 | 8PSK | 1/2 | 1 | | | | | | | | | 0.78 | NB | 4 | | MCS - 8 | 8PSK |