【5G之道】第二十章：用于大規模MTC應用的LTE

LTE版本12中的MTC增強：

具有降低的資料速率能力的新UE類別、修改的半雙工操作和具有僅一個接收天線的設備的可能性；還包含一種新的省電模式，降低設備能耗；

資料速率能力和UE類別0：

版本12引入的新的、更低速率的UE型別，被標記為類別0；
對于UE類別0，對于上行鏈路和下行鏈路，該限制被設定為1000bit；

傳輸塊大小的1000bit限制僅對用戶資料傳輸；

類別0不包括對空間復用的支持；
類別0設備必須支持全載波帶寬，即高達20MHz；

型別B半雙工操作：

版本12引入半雙工型別B，是專門針對類別0設備；

半雙工型別B通過指定設備不期望在上行鏈路子幀之前接收最后一個下行鏈路子幀，或者在上行鏈路子幀之后不接收第一個下行鏈路子幀；從而允許下行鏈路接收和上行鏈路傳輸之間大得多的空閑時間；

半雙工型別B允許在發射機和接識訓之間更多的重用RF功能，降低類別0設備復雜性；

具有單接收天線的設備的可能性：

對于UE類別0設備，性能要求使得它們可以在設備側僅使用單個接收天線來實作；

省電模式：

功率節省模式PSM；

接入PSM類似于關閉電源，不同之處在于，設備保持在網路中注冊，并且不需要重新連接或重新建立PDN（分組資料網路）連接；

已經進入PSM的設備不能被網路連接，并且重新建立連接必須由設備發起；

LTE版本13中MTC的增強：eMTC：

eMTC的主要增強：
允許進一步降低設備成本；
擴展了低速率大規模MTC設備的覆寫范圍；
器件側的更窄RF帶寬；
對下行鏈路和上行鏈路進行大量重復；
擴展DRX，

將傳輸塊大小限制為1000bit，不支持空間復用，半雙工型別B操作以及在設備側進行單天線接收的可能性對于版本13的eMTC也是有效的；

窄帶操作：

整個帶寬載波被分成多個窄帶，每個窄帶在頻域中包含6個資源塊；
在給定時刻，eMTC設備只能在對應于單個窄帶，即6個連續資源塊的帶寬上進行發送；

在給定時刻，eMTC設備只能在對應于單個窄帶的帶寬上接收；
雖然eMTC設備只能發送/接收單個窄帶，但是設備應該能夠在子幀之間切換窄帶；

假設在下行鏈路子幀之間的接識訓重新調諧發生在子幀開始處的控制區域期間；

上行鏈路子幀之間發射機重新調諧的時間可以通過在重新調諧之前不發送最后一個符號或在重新調諧之后不立即發送第一個符號來達到；

通過重復的覆寫增強：

為低速率MTC應用實作顯著擴展的覆寫；

eMTC通過降低資料速率來擴展覆寫范圍；關鍵任務是要確保：
可以以足夠的效率提供較低的資料速率；對于建立和保持連接所需的不同控制信道和信號，有足夠覆寫；

注意：
由于RF復雜性的原因，假設eMTC器件最大輸出功率限制為20dBm；
使用單天線接收意味著下行鏈路性能的損失，這種損失必須通過下行鏈路覆寫增強來補償；
不同的LTE信道和信號不完全平衡，因為它們沒有完全相同的覆寫；
某些信號和信道，僅在載波帶寬的一部分上傳輸，并且通常假設與其他傳輸共享整個基站功率；
擴展eMTC設備覆寫范圍的主要工具是使用多子幀重復；

eMTC的兩種覆寫增強模式：
覆寫增強模式A（CE模式A）針對相對適度的覆寫增強；
覆寫增強模式B（CE模式B）瞄準更廣泛的覆寫增強，

CE模式B支持更多的重復次數；

CE模式A目的是補償由于eMTC設備的單天線接收而導致的較低eMTC設備輸出功率和劣化的接識訓性能；
CE模式B提供全覆寫擴展，直到達到比最大耦合損耗高15dB；

重復在連續子幀中進行；網路通過eMTC特定的系統資訊提供的位圖將某些子幀顯式的配置為不可用于重復（無效子幀）；在FDD情況下，無效子幀的集合在下行鏈路和上行鏈路獨立的配置；

無效子幀的存在不會減少重復的次數，而是簡單的延長執行整個重復的時間；

CE模式A，可以配置為從Nhop=1（每個子幀間的跳頻）到Nhop=8（每8個子幀間的跳頻）；CE模式B，可以配置為Nhop=2到Nhop=16；

跳頻時刻對于小區內的所有跳頻eMTC設備是共同的，并且取決于絕對子幀號，這個絕對子幀號是從具有等于0的幀號SFN的幀中的第一子幀開始計數的；

跳頻塊長度Nhop和跳頻偏移是針對下行鏈路和上行鏈路單獨配置的小區特定引數，并且還分別針對CE模式A和CE模式B來配置；

下行鏈路傳輸：PDSCH和MPDCCH：

常規下行鏈路資料傳輸在PDSCH上執行，PDCCH提供相關聯的控制信令；在子幀 控制區域發送PDCCH；

新的物理控制信道MPDCCH提供用于eMTC設備的DCI；MPDCCH可以被看作是EPDCCH擴展以支持窄帶操作和通過重復覆寫擴展；

對于eMTC設備，PDSCH/MPDCCH傳輸的起始點是半靜態的，并且假定僅在非常慢的基礎上改變；

下行鏈路傳輸模式：

傳輸模式1、2、6、9適用于eMTC設備；

由于eMTC設備不支持多層傳輸，所以在eMTC的情況下，傳輸模式9限于單層預編碼；

PDSCH/MPDCCH重復：

應用于PDSCH的重復具有非常寬范圍的重復數；范圍從單次傳輸（Nrep=1）到2048次重復（Nrep=2048）；PDSCH重復數基于半靜態配置和動態選擇的組合；

對于覆寫增強模式，網路在小區級別上配置一組可能的重復次數，由CE模式A的4個不同值和CE模式B的8個不同值組成；

應用于MPDCCH傳輸的重復數基于每個傳輸的半靜態配置和動態選擇的組合；

網路配置來自集合{1，2，4，8，16，32，64，128，256}的MPDCCH重復的最大數Rmax，并將其廣播為eMTC特定的系統資訊的一部分；網路從集合{Rmax，Rmax/2，Rmax/4，Rmax/8}中動態的選擇用于特定MPDCCH傳輸的實際重復次數；

關于MPDCCH重復的數目的資訊在MPDCCH本身內承載；

PDSCH調度：

下行鏈路調度分配是子幀內部；意味著在某個子幀中PDCCH或EPDCCH上提供的調度分配對應于相同子幀中的PDSCH傳輸；

eMTC設備的調度分配是子幀間；考慮到MPDCCH和PDSCH的重復可能性，在子幀n中結束的MPDCCH上的調度分配對應于在子幀n+2中開始的PDSCH傳輸；

為確定PDSCH傳輸開始的子幀，設備必須知道對應的MPDCCH傳輸的最后一個子幀；

通過在EPDCCH上承載的一組新的DCI格式用于eMTC設備的DCI；

DCI格式6-1A和格式6-1B用于調度PDSCH的傳輸；
DCI格式6-1A用于對在CE模式A中運行的設備的調度分配；
CDI格式6-1B用于在CE模式B中運行的設備的調度分配；

對于DCI格式6-1A，資源塊指示符由5bit組成，能夠指向窄帶的6個資源塊內的任何一組連續資源塊；
對于DCI格式6-1B，資源塊指示符由指示兩組連續資源塊的單個位元組成：
窄帶內的所有6個資源塊；資源塊0-3，即四個連續的資源塊；

CE模式A，可以通過調度分配中的跳頻標志在每個傳輸的基礎上動態的禁用跳頻；
CE模式B，不能動態的禁用跳頻；

下行鏈路混合ARQ：

eMTC的下行鏈路HARQ是異步自適應的；意味著網路可以在任何時間進行重傳，并且可以與先前的傳輸使用不同的頻率資源；

eMTC下行鏈路HARQ往返為10個子幀；

上行鏈路傳輸：PUSCH和PUCCH：

在PUSCH物理信道上執行常規上行鏈路資料傳輸，而通過PUCCH物理信道提供上行鏈路控制信令；

針對PUSCH和PUCCH的擴展覆寫的重復的可能性；
具有自適應和異步重傳混合ARQ的修改，

PUSCH的重復，網路配置一組可能的重復數，每個集合由CE模式A和CE模式B的4個和8個不同重復陣列成，然后，從配置的集合的4/8個值中，網路動態的選擇用于上行鏈路PUSCH傳輸的實際重復數目；

在重新調諧之前的最后一個子幀和重新調諧之后的第一個子幀中發送PUSCH，則PUSCH子幀的兩個符號用于重新調諧；

PUSCH調度：

使用兩種新的DCI格式在MPDCCH上攜帶eMTC設備的上行鏈路調度許可；

DCI格式6-0A用于對在CE模式A中操作的設備的調度授權；包含DCI格式0類似資訊，還有PUSCH和MPDCCH重復相關的資訊擴展：
①允許動態啟用/禁用PUSCH跳頻的頻率標志；
②異步上行鏈路HARQ所需的HARQ行程號；
③調度的PUSCH的重復次數；
④MPDCCH傳輸的重復次數，

DCI格式6-0B用于對在CE模式B中操作的設備的調度許可；

對于用于CE模式A的DCI格式6-0A，資源塊指示符由5bit組成，因此能指向窄帶的6個資源塊內的連續資源塊的任何組合；

對于用于CE模式B的DCI格式6-0B，資源塊指示符由8組連續資源塊的3bit組成，因此在可以分配的資源塊的組合中存在一些限制；

CE模式A的情況下，可以通過調度許可中的跳頻標志來動態的禁用跳頻；

上行鏈路混合ARQ：

LTE上行鏈路混合ARQ是同步非自適應的；

1bit的混合ARQ確認在下行鏈路PHICH物理信道上傳送，在對于要確認的上行鏈路PUSCH傳輸的特定時刻發送；

取決于檢測到的混合ARQ確認，在特定相對時刻，在先前傳輸之后的8個子幀處進行重傳；

在與原始傳輸相同的頻率資源上執行重傳；

由于PHICH是跨越整個載波帶寬的帶寬傳輸，所以其不能由窄帶eMTC設備接收；

對于eMTC設備，明確的調度上行鏈路重傳；eMTC上行鏈路重傳也是異步的；

由于異步HARQ，用于eMTC設備的調度許可還包括HARQ程序指示符；
對于CE模式A，總共有8個HARQ程序；對于CE模式B，被限制為兩個HARQ程序；

PUCCH：

UCI，包括CSI報告、調度請求和混合ARQ確認，在PUCCH物理信道上承載；每個PUCCH傳輸覆寫一個子幀，并且在頻率上位于載波的邊緣，在時隙上具有跳頻；

不是所有PUCCH格式都需要支持eMTC，在FDD情況下僅支持PUCCH格式1、1A和2；在TDD情況下支持PUCCH格式2A；

重復可用于PUCCH傳輸：
對于CE模式A，重復次數可以是1、2、4、8；
對于CE模式B，重復次數可以是4、8、16、32；
不能動態的改變PUCCH的重復數目；
在eMTC中PUCCH的跳頻是以Nhop個子幀的塊執行的；

上行功率控制：

eMTC設備的上行功率控制與CE模式不同而不同：
1、在覆寫擴展模式A情況下，上行功率控制基本上與非eMTC設備相同；在eMTC設備的情況下，在DCI格式6-0A（上行鏈路調度許可）和6-1A（下行鏈路調度分配）內提供功率控制命令；

2、在覆寫擴展模式B的情況下，假定在最嚴重的傳播條件下使用的，對于PUCCH和PUSCH傳輸，發射功率總是被設定為最大的每載波傳輸功率

同步信號和BCH：

LTE同步信號PSS/SSS和PBCH被限制在載波中心的72個子載波內；

同步信號對于eMTC設備沒有改變，這些信號在時間上不變化，可以通過使設備在搜索PSS/SSS是使設備積累更長時間來實作擴展覆寫；

編碼的BCH被映射到4個連續幀的第一個子幀，PBCH在第二時隙的前4個OFDM符號內發送；在總共16個OFDM符號上發送每個BCH傳輸塊；

為了擴展覆寫，PBCH被重復因子5，每個BCH傳輸塊在總共80個OFDM符號上發送；

對于FDD，子幀0的4個OFDM符號在子幀0中的5個附加符號和前一幀的子幀9的11個符號中重復，每個符號重復4次；對于TDD，PBCH同樣在子幀0和子幀5中發送；

系統資訊塊：

MIB僅包含少量系統資訊，而系統資訊主要部分包括在不同的系統資訊塊SIB；

傳統SIB1可以具有超過6個資源塊的帶寬，并且由高達2216bit組成，因此不能被限制為1.4MHz帶寬和1000bit最大傳輸塊大小的eMTC設備接收；因此引入了一個新的SIB1，稱為SIB1帶寬減少SIB1-BR；

SIB1-BR在6個資源塊上發送，并且每80ms間隔重復多次；

對于SIB1-BR，在80ms周期期間，重復在時間上等間隔：
對于重復因子4，SIB1-BR每個第二幀在一個子幀中傳輸；
對于重復因子8，SIB1-BR每幀在一個子幀中傳輸；
對于重復因子16，SIB1-BR每幀在兩個子幀中傳輸，

SIB1-BR重復因子（4、8、16）和傳輸快大小（6種）的資訊包括在MIB種，使用原始10個備用位元中的5個；

隨機接入：

四步驟：
1、上行前導碼傳輸；
2、下行隨機接入回應；
3、移動端身份的上行傳輸；
4、爭用解決訊息的下行傳輸，

隨機接入資源由一個頻率塊組成，這個頻率塊對應于在一組子幀中出現的6個資源塊；每個小區中有一個PRACH配置定義：
①前導碼格式；
②用于PRACH傳輸的確切頻率資源；
③可以傳送PRACH的子幀的確切集合，

對于前導碼傳輸，設備從可用前導碼集合中選擇前導碼并以指定的功率發送；

對于eMTC設備，可以定義多達4個不同的隨機接入CE級別，每個與其自己的PRACH配置和相應的PRACH資源相關；

每個CE級別還與一個特定重復數目相關聯，這個特定重復數目指示要用于前導碼傳輸的重復數目；

每個激活的eMTC設備配置有一個CE模式，會限制執行多少次重復，并且確定數目DCI格式是有效的；

CE模式A，如果最近的PRACH傳輸使用與CE級別0或1相關聯的資源；
CE模式B，如果最近的PRACH傳輸使用與CE級別2或3相關聯的資源，

擴展DRX：

第一個版本，DRX周期被限制在256幀或2.56s；

在擴展的DRX中，對于處于連接狀態的設備，DRX周期可以擴展到對應于10.24s的1024個幀；對于空閑狀態的設備，DRX周期可以擴展到對應于2621.44s的262144幀；

窄帶物聯網（NB-IoT）：

NB-IoT的關鍵要求是它應該是真正的窄帶，RF帶寬在200KHz或更小，以便能在逐個載波的基礎上用NB-IoT載波替換GSM載波；

要求NB-IoT除了能夠部署在LTE保護頻帶之外，還應該能夠在LTE載波內高效共存；

NB-IoT下行鏈路應當具有與LTE對準的物理層結構，具有15KHz的子載波間隔的OFDM；

NB-IoT部署模式：

三種NB-IoT部署模式：
在自己的頻譜中部署，獨立部署；
部署在LTE載波的保護頻段內，保護頻帶部署；
在LTE載波內部署，帶內部署，

下行資料傳輸：

在下行鏈路NB-IoT具有15KHz的子載波間隔和與LTE相同的基本時域結構；
每個NB-IoT載波由12個子載波組成；每個NB-IoT載波對應于頻域中的單個LTE資源塊；

在獨立和保護頻帶部署下，整個資源塊可用于NB-IoT傳輸；

在帶內部署下，NB-IoT傳輸將避免把NB-IoT載波部署在LTE載波的控制區域；

帶內NB-IoT載波上的傳輸還應該避免使用部署了NB-IoT載波的LTE載波上的CRS傳輸相對應的資源元素；

NB-IoT下行資料傳輸基于兩個信道：
攜帶調度訊息的窄帶PDCCH（NDPCCH）；
承載實際下行鏈路傳輸信道資料的窄帶PDSCH（NPDSCH），

NB-IoT的下行鏈路調度分配是子幀間調度；

用于下行鏈路資料的信道編碼使用與LTE的下行鏈路控制信令中相同的尾位元卷積碼，可降低信道解碼復雜度；NB-IoT下行鏈路調制限于QPSK；

NB-IoT支持一個或兩個天線埠進行傳輸；在2天線埠情況下，使用LTE傳輸模式2；

上行傳輸：

兩種模式：
基于15KHz子載波間隔的一種模式；
基于3.75KHz子載波間隔的一種模式，

15KHz，上行鏈路傳輸可以在1、3、6、12個子載波上執行，其中在12個子載波上的傳輸對應于完整的NB-IoT載波帶寬；
12個子載波上傳輸時，時域中的最小調度粒度為1ms；

在3.75KHz子載波間隔的情況下，在NB-IoT上行鏈路帶寬內可以有48個子載波，每個上行鏈路傳輸僅由單個子載波組成；因此，3.75KHz上行鏈路模式僅支持非常低的上行鏈路資料速率；
3.75KHz的上行模式，時域調度粒度是16個時隙或32ms；

NDPCCH傳輸與對應上行傳輸之間的時間偏移可以動態的變化；

對于NB-IoT，用于UL-SCH的信道編碼，使用與LTE相同的Turbo編碼；

在多個子載波上傳輸的情況下，上線鏈路調制基于QPSK，單個子載波傳輸情況下，調制可使用Π/4-QPSK或Π/2-QPSK；

在調制之后，使用與LTE上行鏈路相同的DFT預編碼，單個子載波傳輸，DFT無效；

NB-IoT相同資訊：

NB-IoT系統資訊兩部分：
MIB，在特殊物理信道NPBCH上傳輸；
SIB，基本上會與任何其他下行鏈路資料相同的方式發送，

關于SIB1的調度資訊在MIB中提供；而在SIB1上提供剩余SIB的調度資訊；

在每個幀的子幀0中發送NPBCH，總共64個子幀上發送，所以NPBCH的TTI為640ms；

NPBCH傳輸要：
避免子幀的前3個符號；
避免LTE CRS的可能位置，

可以使設備在不知大NB-IoT載波是否部署在帶內的情況下檢測和解碼相應的系統資訊；