1、NPBCH信道

　　NPBCH信道與LTE的PBCH不同，廣播周期為640ms，重復8次發送，如下圖，終端接收若干個子幀信號進行解調。

　　NPBCH以64個無線幀為循環，在mod 64=0的無線幀上的0號子幀進行傳輸，同樣的內容在接下來連續的7個無線幀中的0號子幀進行重復傳輸，NPBCH不可占用0號子幀的前三個OFDM符號，以避免與LTE大網的CRS以及物理控制信道的碰撞。根據3GPP 36.211R13定義，一個小區的NPBCH需要傳輸1600bit，采取QPSK調制，映射成800個調制符號，而每8個無線幀重復傳輸，64個無線幀將這800個調制符號傳完，意味著每8個無線幀重復傳輸100個調制符號，那么在這8個無線幀的每個0號子幀中需要傳輸這100個調制符號。這里進行一個簡單的計算，一個NB-IoT子幀包含12X7X2=168個RE，去掉前三個OFDM符號，去掉NRS占用的RE，再去掉CRS占用的RE（假設為雙端口發射），那么一共有168-12×3-4×4-4×2=100個RE，恰好對應100個QPSK調制符號，因此每個無線幀上的0號子幀恰好裝滿了NPBCH的符號。

　　2、NPDCCH信道

　　LTE的PDCCH固定使用子幀前幾個符號，NPDCCH與PDCCH差別較大，使用的窄帶控制信道資源（Narrowband Control Channel Element，NCCE）頻域上占6個子載波。Standalone和 Guardband模式下，可使用所有OFDM符號；Inband模式下，需錯開LTE的控制符號位置，如下圖。

　　NPDCCH最重大次數可配，取值范圍凡{1,2,4,8,16,32,64,128,256,512,1024,2048}。

　　NPDCCH有兩種格式（Format），如下圖。

　　NPDCCH Format0的聚合等級（Aggregation Level），AL=1，占用NCCE0或NCCE1。

　　NPDCCH Format1的聚合等級AL=2，占用NCCE0和NCCE1。

　　相比LTE下行較多的物理控制信道，NB-IoT只有NPDCCH信道傳遞控制信息。窄帶物理控制信道通過連續的一個或者聚合兩個NCCE的方式進行傳輸。一個NCCE占據6個連續的子載波，其中NCCE0占據0～5子載波，NCCE1占據6～11子載波。每個NPDCCH是以R個連續的NB-IoT下行子載波進行重復傳輸的。

　　NPDCCH有三種搜索空間。

　　第一種是Typel-NPDCCH公共搜索空間，UE通過檢測該搜索空間獲取尋呼消息。

　　第二種是Type2-NPDCCH公共搜索空間，UE通過檢測該搜索空間獲取隨機接入響應消息（RAR）。

　　第三種是UE專用NPDCCH搜索空間，UE通過檢測專屬空間獲取專屬控制信息。

　　僅在聚合等級AL=2時，可以配置重復傳輸。在無NPDCCH重復傳輸的情況下，任何子幀可選擇3種盲檢候選集；在 NPDCCH重復傳輸的情況下，子幀可選擇4種盲檢候選集。

　　NPDCCH的起始子幀位置，如果是Typel-NPDCCH公共搜尋空間模式，以k0為起始位置，這也是尋呼的起始位置。尋呼消息是在尋呼幀（Paging Frame，PF）的尋呼時刻（Paging Occasion，PO）上發出的，因此UE需要周期性地監聽這些位置。如果defaultPaging Cycle=rf256，nB=twoT，SFN mod T=（T divN）*（UE ID mod N），i_s=floor（UE ID/N）mod Ns，UE ID=IMSI mod 4096（LTE UE ID=IMSI mod 1024）。例如IMSI為460003313889448，經過計算UEID為168，那么PF為mod256=168的無線幀，PO為0號子幀，那么UE就需要偵聽無線幀為168，子幀0上是否有P-RNTI，并且以256無線幀為周期循環偵聽P-RNTI。

　　UE還需偵聽連續的R-1個子載波，獲得可靠的重復發送NPDCCH，R是根據Rmax和DCI子幀連續數共同決定的。UE如果沒有把連續的Rmax通過獲取小區系統消息塊SystemInformation Block Type2-NB中的控制信息radio Config Common中的參數npdcch- Num RepetitionPaging獲取，該參數取值范圍為{r1,r2,r4,r8,r16,r32,r64,r128,r256,r512,r1024,r2048}。

　　假設Rmax取值為64，DCI子幀重復數取值為3，對應R取值為8，那么根據以上尋呼起始位置的計算，意味著UE需要周期偵聽無線幀168+256n（n=0,1,2,3…），子幀0，同時連續重復8個子幀獲取NPDCCH中的尋呼消息。這里DCI子幀連續數并不是高層消息告知UE的，UE采取盲檢機制逐步嘗試檢測所有的DCI模式。如果沒有檢測到連續的控制信息，UE會將已檢測到的NPDCCH丟棄。由此可見，NB-IoT對于控制信道的解碼可靠性較高。

　　當然，在網絡側實際配置NPDCCH時需要與NPBCH的時隙錯開，因此UE會嘗試在非子幀0的其他子幀開始檢測NPDCCH。NB-1oT也可以采取多載波的方式進行數據傳輸，網絡側需要將NPSS，NSSS，NPBCH與UE專屬NPDCCH分別配置在不同的載波。NPDCCH在子幀中的起始位置INPDCCHStart取決于SIB1-NB里的eutra RegionSize參數設置，對于Type2-NPDCCH和UE專屬NPDCCH的起始位置確定方式與Type1有所不同。

　　3、NPDSCH信道

　　NPDSCH頻域資源占12個子載波，如下圖，Standalone和Guardband模式下，使用全部OFDM符號。Inband模式下需錯開LTE控制域的符號，由于SIN1-NB中指示控制域符號數，因此如果是SIB1-NB使用的NPDSCH子幀，則需固定錯開前3個符號。

　　NPDSCH調制方式為四相相移鍵控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK），重復次數為{1,2,4,8,16,32,64,128,192,256,384,512,768,1024,1536,2048}。

　　NB-IoT對于NPDSCH的傳輸穩定性極為關注，通過重復傳遞同一NPDSCH的方式確保傳輸的質量，這也是NB-IoT宣稱的強化覆蓋技術手段之一。NPDSCH可以承載BCCH，例如承載系統消息，也可以承載一般的用戶數據傳輸。對應這兩種承載，傳輸信號加擾的方式有所不同。同時，子幀重復傳輸的模式也有所不同。

　　承載NPDSCH的子幀以及占位有一定規則，NPDSCH的子幀不可以與NPBCH、NPSS或者NSSS的子幀復用。另外，承載子幀中NRS和CRS的位置既不作為NPDSCH，也不作為符號匹配。

　　在收到傳輸NPDCCH以及DCI的最后一個子幀n后，UE嘗試在n+5子幀為其之后的N個連續下行子幀（不含承載系統消息的子幀）進行對應NPDSCH的解碼。這N個連續下行子幀的計算方法是：N=Nrep×NSF，其中，Nrep是指每一個NPDSCH子幀總共重復傳輸的次數，NSF是指待傳數據需要占用的子幀數量。這兩個因素都是根據對應的DCI解碼得出的，在協議中可以查表得出對應關系（36.213 R13 16.4.1.3）。需要注意的是，DCI有兩種不同的格式，即N1格式和N2格式。在UE預期的n+5子幀以及實際傳輸NPDSCH的起始子幀之間存在調度延遲，如果是N2格式，該調度延遲為0；如果是NI格式，可以根據DCI的延遲指示Idelay和NPDCCH的最大重傳Rmax，依據協議規定（36.213R13表16.4.1-1）共同確定調度延遲。另外在UE通過NPUSCH上傳數據之后的三個下行子幀之內不傳輸NPDSCH數據。另外一種在物理層體現延遲傳輸NPDSCH的技術是設置GAP，GAP的長度由系統消息中的公共資源配置參數決定，這也為半雙工FDD數據傳輸模式提供了更多的緩沖機制。

　　NPDSCH承載系統消息和承載非系統消息數據的物理層流程以及幀結構有所不同。承載非系統消息數據的NPDSCH每個子幀先重復發送，直到N=Nrep×NSF個子幀都傳輸完。而承載系統消息的NPDSCH先傳輸NSF個子幀，再循環重復，直到N=Nrep×NSF個子幀都傳輸完。這兩種傳輸方式占用資源的方式相似，之所以在重復傳輸機制上有所差異，可能主要還是考慮UE對于系統消息響應的及時程度。對于承載非系統消息數據的NPDSCH，是通過對應NPDCCH加擾的P-RNTI、臨時C-RNTI或者C-RNTI進行解碼的，同時NPDSCH持續占用的子幀情況也是通過解碼DCI予以明確的。與之不同的是，承載系統消息的NPDSCH起始無線幀以及重復傳輸占用子幀情況是通過解碼小區ID和MIB-NB消息中的schedulingInfoSIBI參數獲得的，當然這樣承載系統消息的NPDSCH是通過SI-RNTI進行符號加擾的。SIB1-NB是在子幀4進行傳輸的。在子幀內具體的起始位置則取決于組網方式，如果NPDSCH承載SIBI-NB并且是帶內組網模式，則從第4個OFDM符號開始（避開前三個OFDM符號），其他組網模式從第一個OFDM符號（0號OFDM符號）開始。如果 NPDSCH承載其他信息，說明此時已經正確解碼了SIB1-NB，那么通過解讀SIB1-NB中的eutraControlRegionSize參數來獲取起始位置，如果該參數沒有出現，那么從0號OFDM符號開始傳輸。

　　除了承載系統消息以及非系統消息（一般用戶數據、尋呼信令等），NPDSCH還承載對上行信道NPUSCH的ACK/NACK消息，位置是NPUSCH傳完子幀之后的第4個子幀。

　　通過對于整個NB-IoT下行物理層結構以及流程的了解，NB-IoT利用了延遲以及重傳幀結構設計保障了數據傳輸的穩定性以及可靠性，提升了覆蓋性能。這表明技術標準的發展方向是滿足應用需求，而不是以技術本身的指標為考量。

　　4、窄帶參考信號NRS

　　如同LTE的CRS，窄帶參考信號也是NB-IoT里面重要的物理層信號，作為信道估計與網絡質量評估的重要參考依據。在UE沒有解讀到MIB-NB里面的operation Modelnfo字段時，UE默認NRS（窄帶參考信號）分別在子幀0、4和9（不包含NSSS）上進行傳輸。當UE解碼MIB-NB中的operation Modelnfo字段指示為Guardband或者Standalone模式后，在UE進一步解碼SIB1-NB前，UE默認NRS在子幀0,1,3,4和9（不包含NSSS）上進行傳輸。解碼SIB1-NB后，UE默認NRS在每個不含NPSS或者NSSS的NB-IoT下行子幀進行傳輸。當UE解碼MIB-NB中的operation Modelnfo字段指示為inband-SamePCI或者inband-DifferentPCI模式后，在UE解碼SIBI-NB之前，UE默認NRS在子幀0,4,9（不包含NSSS）上進行傳輸。當UE解碼SIB1-NB之后，UE默認在每個不含NPSS或者NSSS的NB-IoT的下行子幀進行傳輸。

　　5、主同步信號

　　NB-IoT的主同步信號（NPSS）僅作為小區下行同步使用。在NB-IoT中主同步信號傳輸的子幀是固定的，同時對應的天線端口號也是固定的，這也意味著在其他子幀傳輸的主同步信號的端口號并不一致，如下圖。

　　圖中黑色部分為CRS的位置，灰色部分為NPSS位置。值得注意的是，傳輸NPSS的5號子幀上沒有NRS窄帶參考信號。另外如果在帶內組網模式下與CRS（小區參考信號）重疊，重疊部分不計作NPSS，但是仍然作為NPSS符號的一個占位匹配項。

　　6、輔同步信號

　　與NPSS位置部署原則大體一致，輔同步信號（NSSS）部署在每個無線幀的9號子幀上，從第4個OFDM符號開始，占滿12個子載波。該9號子幀上沒有NRS（窄帶參考信號），另外如果在帶內組網模式下雨CRS（小區參考信號）重疊，重疊部分不計作NSSS，但是仍然作為NSSS符號的一個占位匹配項，如下圖。

　　圖中黑色部分為CRS的位置，灰色部分為NSSS的位置。與LTE大王中PCI需要通過PSS和SSS聯合確定不同，窄帶物聯網的物理層小區ID僅僅需要通過NSSS確定（依然是504個唯一標識），這意味著NSSS的編碼序列有504組。

　　從UE角度看，NB-IoT下行是半雙工傳輸模式，子載波帶寬間隔是固定的15kHz，每一個NB-IoT載波只有一個資源塊（Resource Block，RB）下行窄帶參考信號被布置在每個時隙的最后兩個OFDM符號中，每個下行窄帶參考信號都對應一個天線端口，NB-IoT天線端口是1個或者2個。物理層同樣被分配了504個小區ID，UE需要確認NB-IoT的小區ID與LTE大網PCI是否一致，如果二者一致，那么對于同頻的小區，UE可以通過使用相同天線端口數的LTE大網小區的CRS（小區參考信號）來進行解調或者測量。UE除了通過NSSS確定小區物理ID之外，還需要像LTE大網小區駐留流程一樣，根據這兩個同步信號進行下行同步，NPSS位于每個無線幀的第6子幀的前11個子載波處，NSSS位于每個無線幀的第10子幀上的全部12個載波處。