MTC机器类型通信

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为什么需要MTC？

MTC(Machine Type Communication,机器类型通信)， 是在LTE 系统中用于机器通信和物联网的一项技术。 这类应用并不需要很高的数据速率(比如不同类型的传感器，智能电表)，但是如何在低成本，低功耗，广覆盖的前提下来实现呢？下边主要针对release 13里的MTC增强， eMTC技术来展开说明。

1、如何实现BL and CE?

1.1 引入NB来实现BL(bandwidth reduced low complexity)

    既然要实现低成本，低功耗，那么从简化现有的LTE开始，瞬时带宽可以降低到LTE最小系统带宽，1.4Mhz,  release13 引入了窄带的概念，下边简称
NB, 一个NB包含6个PRB. 一个eMTC设备在同一TTI只能在单个NB上进行发或者收。但是不同TTI之间可以有NB的切换，来实现频率分集，需要注意的是，一般
跳频间隔会大于1，即不是每个子帧都跳，这样才能允许子帧间的信道估计。
   上边的NB操作会引入两个问题，
   1. 给定时刻，只能在一个NB上进行收/发， 那么意味着legacy LTE的PDCCH, PCFICH, PHICH不能被MTC设备所接收（因为这三个物理信道是横跨整个
LTE载波带宽的）
   2. 不同TTI的NB切换，意味着需要调谐射频前端，这可能需要2个OFDM symbol一样长的时间。 这个主要影响UL设计， 因为假定下行子帧间的retuning
发生在每个子帧开始的控制区域内。

1.2 通过重复来实现CE(coverage enhanced)

    对于eMTC设计目标，需要在耦合损耗大于至少15db时可以运行， 而且eMTC设备最大发射功率为20dbm, 相比legacy LTE UE 23dbm的最大发射功率
 小了3db, 这就意味着上行链路预算至少需要被改善18db.
    这是通过时域多子帧的重复来实现的，这样可以对于给定功率为每个信息比特提供更高的能量。
    规范对比定义了两种CE mode, 即CE mode A and CE mode B, 后者旨在更广泛的覆盖增强，即小区边缘或其他更恶劣的传播环境。也就意味着会有更多
 重复。

2、窄带和重复的引入会如何具体地影响物理信道和调度相关方面？

1. PSS/SSS/PBCH

PSS/SSS与lagacy LTE没有区别。

PBCH区别是引入了重复因子5，即原来是40ms周期内的每个无线帧的第一个子帧，占用其第二个slot的前4个OFDM 符号， 这样的话是4*4=16个
OFDM符号。 到了MTC，需要80个符号。 比如对于FDD, 子帧0的4个OFDM符号会在前一个无线帧的子帧9和该子帧剩余符号中重复。
可以这样想， 2个子帧2*14=28个符号。 前三个控制符号/SF，两个用于PSS/SSS，所以剩下可用符号，28-3*2-2=20. 20/4=5得到重复因子5.

PBCH的核心部分也是包含原有信息的，可被小区内非MTC设备所检测，而获取MIB；
对于MTC设备只是需要多检测重复部分，而且其MIB信息中原来10个reserve bits中的5个bits用于SIB1-BR的时域调度信息， 即下边的SIB1-BR的重复因子。

2. SI

legacy  LTE的SIB1是多余6个PRB的，而且有2216个Bits, 所以也不能被MTC设备所接收. 引入一个新的SIB1-BR。 80ms的周期内重复。重复因子可以是
4/8/16， 重复在时间上等间隔。（不同于PDSCH的重复是连续子帧）
具体所在的SFN和子帧是由重复因子和PCID的奇偶决定的， 规范中查表可得。

SIB1-BR会包含其余SI的调度信息。

3. MPDCCH/PDSCH/PUCCH/PUSCH

前边提到PDCCH和PCFICH不能被MTC设备所接收，所以定义了一种新的MPDCCH来提供其所需的DCI. 由于小区中还有其他非emtc设备，所以每个子帧中
前边的控制区域仍然要保留，虽不需要decoding其信息，但是要知道数据区域的起始点。 这个信息在legacy LTE中是通过PCFICH来指示具体PDCCH所占的
OFDM符号数的，但是eMTC中是没有的，所以是通过特定SI的一部分来提供的。MPDCCH/PDSCH的起始点是半静态的。

对于MPDCCH的重复次数是半静态配置和动态选择的组合。 小区级别的Rmax 作为系统信息的一部分， 然后网络从集合Rmax, Rmax/2, Rmax/4, Rmax/8
中动态选择实际要重复的次数。同时实际重复次数会通过DCI告诉eMTD设备，这是必须的，因为设备需要知道PDSCH开始的子帧，即MPDCCH最后一次
重复后的第二个子帧。 (下行跨子帧调度是区别于legacy LTE的PDSCH与PDCCH在同一子帧)

对于PDSCH的重复次数同样是半静态配置和动态选择的组合。 网络在小区级别针对不同的CE mode配置一组可能的重复次数集合，然后网络动态的从该
集合中选择实际要用的传输次数。该实际重复次数也会通过DCI告诉设备。

对于PUSCH的重复次数的调度跟PDSCH类似。上行调度与legacy LTE相同，即在UL grant结束的子帧n后，n+4开始PUSCH传输。

对于PUCCH的重复次数是不同的，是由网络直接配置的，不可以动态改变。
对于CE mode A, 可配置次数1，2，4，8
对于CE mode B,  可配置次数4，8，16，3
由于PHICH不能被EMTC设备接收，其原本传输的UL 传输的HARQ，这样的话，没有显示重传请求必须与其时间同步的PHICH, eMTC上行重传可以是异步的。
此外还可以通过MPDCCH调度授权明确调度重传，实现自适应重传。
对于上行功控， CE mode A情况下，与legacy LTE类似。 CE mode B不支持功控，因为它的PUCCH/PUSCH总是被设置为最大发射功率，来抵抗其恶劣
传播环境。 

4. 随机接入

与legacy LTE的随机接入的preamble--> RAR-->msg3-->msg4对应。 但是对于MTC设备，定义了多达四种不同的随机接入CE level, 每个与其自己的
PRACH配置和资源有关。 对于初始的随机接入，设备可与基于其估计的路损来选择CE level，然后针对该CE level 选择其preamble 序列和资源，然后
网络侧接收到，根据CE level和CE mode的对应关系，确定该设备的CE mode， 并由网络配给设备。这种CE level的引入，可以分离来自小区不同覆盖情况
的设备的随机接入尝试并且不会相互干扰。