loading为了达到涵盖范围延伸(Coverage Enhancement, CE)以满足布建在细胞(Cell)边缘或地下室等信道质量较低的NB-IoT UE，基地台与NB-IoT UE之间透过采用较少数量的子载波(Subcarrier)与将欲传递的数据作重复传送以利于接收端提高正确解出数据的成功率。依照目前规格的规范，在随机存取(Random Access)信道、控制信道与数据信道所传递之讯息的重复传送次数最高可高达128、2,048与2,048次。 三种运行模式各有发挥 灵活运用频段资源
涵盖范围延伸(Coverage Enhancement Level, CE Level)共分为三种等级，分别为达到可对抗最大耦合损失(Maximum Coupling Loss, MCL)为144dB、154dB、164dB的讯号能量衰减。基地台与NB-IoT UE间会根据所在的CE Level来选择相对应的讯息重复传送次数。
另一方面，为了使营运商能灵活地使用LTE频段或非LTE频段来布建NB-IoT系统以及考虑到对LTE系统的兼容性，单一载波带宽被限制为180KHz，相当于一个PRB(Physical Resource Block)的带宽。
NB-IoT支持在频段内(In-Band)、保护频段(Guard Band)以及独立(Stand-alone)共三种运行模式。In-Band运行是利用LTE载波(Carrier)内的PRB进行数据传输，Guard Band运行是利用LTE载波内的Guard Band来进行数据传输，Stand-alone运行则是使用非LTE频段的载波来进行数据传输。为了提高NB-IoT的市场需求性，三种运行模式的设计具有一致性，但In-Band与Guard Band两种运行模式则需特别考虑到对LTE系统的兼容性。NB-IoT所支持的最大数据速率(Data Rate)在上行(Uplink)为64Kbit/s，下行(Downlink)为28Kbit/s。
目前正值标准讨论中的阶段，接下来我们将针对物理层与接口访问控制层受影响的信道设计、功能与程序做介绍。由于截稿前，NB-IoT第十三版本的规格尚在RAN大会上等待通过，故以下的介绍以基于规格送审前的数据为主。 物理层的变更
NB-IoT在多重存取(Multiple Access)技术的选择上，使用与LTE系统相同之Multiple Access技术，亦即在下行使用正交分频多路存取(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA)，在上行使用单载波分频多重存取(Single Carrier Frequency Division Multiple Access, SC-FDMA)，且子载波间距 (Subcarrier Spacing)以及讯框架构(Frame Structure)与LTE系统相同。
另外，考虑到NB-IoT UE的低成本需求，在上行亦支持单频(Single Tone)传输，使用的Subcarrier Spacing除了原有的15KHz，还新制订了3.75KHz的Subcarrier Spacing，共48个Subcarrier。
由于带宽最多仅有1个PRB，所以不同物理层通道之间大多为分时多任务(Time Division
Multiplexed, TDD)，也就是在不同时间上轮流出现。另外，考虑到NB-IoT UE的低成本与低复杂度，Release-13 NB-IoT仅支持分频双工(Frequency Division Duplex, FDD)且为半双工(Half Duplex)，亦即上行与下行使用不同的载波，且一NB-IoT UE传送和接收需在不同时间点进行。
在NB-IoT中，因为带宽大小以及NB-IoT UE能力的限制，舍弃了LTE系统中如实体上行共享信道(Physical Uplink Control Channel, PUCCH)、实体混合自动重传请求或指示通道(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel, PHICH)等物理层通道。
HARQ的实认信息(HARQ-ACK)/否定应答(NACK)将会传送在NB-IoT中新制定的数据信道中，而LTE系统中的周期性信道状态信息(Periodic CSI)回报，也因为考虑到资源有限与NB-IoT UE的电量耗损，在NB-IoT中不予支持。
原有LTE系统中的其他物理层信道如实体下行控制信道(Physical Downlink Control Channel, PDCCH)以及传送实体随机存取信道(Physical Random Access Channel, PRACH)也都有对应功能的新物理层信道设计，本文将逐一简介。 调变与编码机制
NB-IoT中下行使用的调变为正交相位位移键控(QPSK)，上行若为多频传输(Multi-Tone Transmission)则使用QPSK，若为单频传输则使用π/2 BPSK或π/4 QPSK，此为考虑到降低峰值功率比(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)的需求。
信道编码方面，为了减少NB-IoT UE译码的复杂度，下行的数据传输是使用尾端位回旋码(Tail Biting Convolutional Coding, TBCC)，而上行的数据传输则使用Turbo Coding。 混合式自动重新传送程序
在NB-IoT中，由于可用资源有限以及重复传送的行为，若在上行使用同时(Synchronous)的混合式自动重新传送程序(HARQ Process)会使得上行资源运用更加困难，因此在NB-IoT中上行和下行都使用非同时(Asynchronous)的HARQ Process，亦即若需重传则会根据新接收到的下行控制信息(Downlink Control Information, DCI)来做重传。另外，为了减少NB-IoT UE的复杂度，只支持一个HARQ Process，且在下行不支持冗余版本(Redundancy Version, RV)，在上行则支持RV 0、RV 2。 单频传输
NB-IoT UE在上行可使用单频传输，其中Subcarrier Spacing可为15KHz以及3.75KHz。因为15KHz为3.75KHz的整数倍，所以对LTE系统有较小的干扰。由于下行的Frame Structure与LTE的相同，且为了使上行与下行的时间有清楚的关系，制定Subcarrier Spacing为3.75KHz的Frame Structure中一个符槽(Slot)包含7个符元(Symbol)共2ms长，是LTE系统中一个时槽(Slot)时间长度的4倍。
NB-IoT系统中的取样频率(Sampling Rate)为1.92MHz，Subcarrier Spacing为3.75KHz
的Frame Structure中一个Symbol的时间长度为512 Ts(Sampling Duration)加上循环前缀(Cyclic Prefix, CP)长16Ts，共528Ts。因此，一个Slot包含7个Symbol再加上保护区间(Guard Period)共3840Ts，即2ms长。 资源单位
有别于LTE系统中资源分配的基本单位为子讯框(Subframe)，NB-IoT在上行中根据Subcarrier的数目分别制订了相对应的资源单位做为资源分配的基本单位，如表1。
表1 NB-IoT上行资源单位的subcarrier数目与slot数目组合。
其中3.75KHz Subcarrier Spacing只支持单频传输，资源单位的带宽为一个Subcarrier，时间长度是16个Slot，也就是32ms长。15KHz Subcarrier Spacing支持单频传输和多频传输，带宽为1个Subcarrier的资源单位有16个Slot的时间长度，即8ms。带宽为12个Subcarrier的资源单位则有2个Slot的时间长度，即1ms，此资源单位即是LTE系统中的一个Subframe。资源单位的时间长度设计为2的幂次方是为了在排程上可有效的运用资源，较不易产生资源空隙而造成资源浪费。
表1中NPUSCH Format 1的资源单位是用来传送上行数据的。NPUSCH Format 2是NB-IoT UE用来传送指示NPDSCH有无成功接收的HARQ-ACK/NACK，所使用的Subcarrier的索引(Index)是在由排程对应的NPDSCH的下行配置(Downlink Assignment)中指示，重复传送次数则是由无线资源控制模块(Radio Resource Control, RRC)参数配置。 同步讯号
NPSS(Narrowband Primary Synchronization Signal)为提供NB-IoT UE时间和频率同步的参考讯号，但NPSS中并不带有分区(Sector)ID。NSSS(Narrowband Secondary Synchronization Signal)带有Physical Cell ID。NPSS与NSSS的资源位置避开了LTE系统中的控制区域，其资源位置如图1。
图1 承载NPSS和NSSS的资源位置
NPSS的周期是10ms，NSSS的周期是20ms。NB-IoT UE在寻找细胞(Cell Search)时，会先检测NPSS，因此NPSS的设计为短的ZC(Zadoff-Chu)序列，对于最初的讯号检测和初步的同步复杂度较低且有好的效果。 窄频参考讯号
NB-IoT下行最多支持两个天线端口(Antenna Port)的参考讯号，资源的位置在时间上与LTE系统的细胞参考讯号(Cell-Specific Reference Signal, CRS)错开，在频率上则与之相同，因此在In-Band Operation若有检测到CRS，可与NRS共同使用来做通道估测，如图2。
图2 NRS资源位置
因此，NB-IoT下行仅支持单天线(Single Antenna)和传送分集(Transmit Diversity)这两种传送模式(Transmission Mode)。 系统信息
系统信息MIB-NB(Narrowband Master Information Block)承载于周期640ms之周期性出现的NPBCH(Narrowband Physical Broadcast Channel)中，其余系统信息如
SIB1-NB(Narrowband System Information Block Type1)等则承载于NPDSCH中。SIB1-NB为周期性出现，其余系统信息则由SIB1-NB中所带的排程信息做排程。 有效下行子讯框
在NB-IoT中，一般下行数据传输会传送在NPDSCH中，下行控制讯息则是传送在NPDCCH中，而若某一Subframe不为有效下行子讯框(Valid Downlink Subframe)，则原先该在此Subframe传送的NPDSCH或NPDCCH会顺延至下一个Valid Downlink Subframe来传送。任一Subframe若用来传输NPSS、NSSS、NPBCH、SIB1-NB，则不被视为一个Valid Downlink Subframe。
在In-Band Operation中，ENB可能因将资源做为其他用途而会把一个Subframe设定为非Valid Downlink Subframe，此信息将会由承载于SIB1-NB中的一个Bitmap来指示。 Narrowband Physical Downlink Control Channel
Narrowband Physical Downlink Control Channel(NPDCCH)有别于LTE系统中的PDCCH，并非每个Subframe均有NPDCCH，而是周期性的出现。NPDCCH有三种搜索空间(Search Space)，分别用于排程一般数据传输、无线资源控制模块(Random Access)程序相关信息传输，以及呼叫(Paging)信息传输。
各个Search Space有无线资源控制(RRC)配置相对应的最大重复次数Rmax，其Search Space的出现周期大小即为相对应之Rmax与RRC层配置的一参数之乘积。
RRC层亦可配置一偏移(Offset)以调整一Search Space的开始时间。在大部分的搜索空间配置中，所占用的资源大小为一PRB，仅有少数配置为占用6个Subcarrier。 一个DCI中会带有该DCI的重复传送次数，以及DCI传送结束后至其所排程之NPDSCH或NPUSCH所需的延迟时间，NB-IoT UE即可使用此DCI所在之Search Space的开始时间，来推算DCI之结束时间以及排程之数据的开始时间，以进行数据之传送或接收。 Narrowband Physical Downlink Shared Channel
Narrowband Physical Downlink Shared Channel(NPDSCH)是用来传送下行数据以及系统信息，NPDSCH所占用的带宽是一整个PRB大小。一个传输块(Transport Block, TB)依据所使用的调变编码(MCS)，可能需要使用多于一个Subframe来传输，因此在NPDCCH中接收到的Downlink Assignment中会包含一个TB对应的Subframe数目以及重复传送次数的指示。
Narrowband Physical Uplink Shared Channel
Narrowband Physical Uplink Shared Channel(NPUSCH)是用来传送上行数据以及上行控制信息。NPUSCH传输可使用单频或是多频传输，一个TB依据所使用的MCS，可能需要使用多于一个资源单位来传输，因此在NPDCCH中接收到的上行允许(Uplink Grant)中除了指示上行数据传输所使用的资源单位的Subcarrier的Index，也会包含一个TB对